氣體碳?xì)淙剂蠐綒漕A(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ俣燃疤紵燁w粒生成研究

氣體碳?xì)淙剂蠐綒漕A(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ俣燃疤紵燁w粒生成研究隨著能源和環(huán)境問題日益突出 , 尋找新的發(fā)動機(jī)燃料和降低排放迫在眉睫。氣體燃料被認(rèn)為是最具有實(shí)用價(jià)值的發(fā)動機(jī)替代燃料并在發(fā)動機(jī)中被廣泛研究,且氣體燃料摻氫后可以明顯改善發(fā)動機(jī)的性能和排放。層流火焰作為缸內(nèi)燃燒的基礎(chǔ)對了解缸內(nèi)燃燒過程有重要意義; 而對碳煙顆粒的生成過程進(jìn)行研究則可以有效降低發(fā)動機(jī)顆粒物排放。因此, 本文在對沖平面火焰臺架上, 使用粒子圖像測速儀(PIV) 對甲烷、 乙烷和丙烷摻氫層流火焰速度以及不同出口溫度下甲烷摻氫層流火焰?zhèn)鞑ニ俣冗M(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量 ; 并進(jìn)行模擬計(jì)算與分析。在預(yù)混火力6臺架上，使用熱泳探針采樣及透射電鏡(TEM價(jià)析方法對摻氫乙炔預(yù)混火焰碳煙生成進(jìn)行研究。 研究顯示 , 摻氫比增加 , 甲烷、 乙烷和丙烷火焰速度增大并與摻氫比基本呈線性關(guān)系 ; 且摻氫對甲烷火焰速度的影響較乙烷和丙烷大。模擬分析發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)R1:H+O2&lt尸>OH+O對甲烷、乙烷和丙烷摻氫火焰速度有非常明顯的促進(jìn)作用且隨著摻氫比增加而越明顯；H、。和OH自由基的摩爾分?jǐn)?shù)隨摻氫比增加而增大。因此摻氫增加火焰速度的主要原因是 ,H 自由基濃度增加促使反應(yīng) R1 向正方向移動。對比甲烷、 乙烷和丙烷摻氫火焰發(fā)現(xiàn),R1 對甲烷摻氫火焰速度促進(jìn)作用最強(qiáng)且甲烷火焰中自由基濃度增加更明顯; 因此摻氫對甲烷火焰速度影響更大。甲烷摻氫火焰速度隨出口溫度升高而升高且仍與摻氫比基本呈線性關(guān)系。模擬分析發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)R1的敏感性系數(shù)隨出口溫度升高而減小。H、OH。和CH3自由基濃度及生成速率隨溫度升高而增大；說明溫度升高導(dǎo)致基元反應(yīng)的整體反應(yīng)速率加快, 這也是出口溫度升高能夠使火焰速度增大的主要原因。在乙炔摻氫火焰中 , 碳煙的實(shí)際生成過程與理論生成過程基本吻合。乙炔預(yù)混火焰溫度隨摻氫比增大而降低; 當(dāng)量比降低, 火焰溫度升高。對于乙炔摻氫預(yù)混火焰 , 其碳煙生成的減少是乙炔含量的減少及氫氣的稀釋和化學(xué)影響的共同作用。摻氫及降低當(dāng)量比之后 , 碳煙顆粒的平均粒徑整體有所降低。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn), 摻氫對碳煙的成核以及表面生長有抑制作用 ; 降低當(dāng)量比對碳煙的表面生長有抑制作用。