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On Numerical Simulation of Black Carbon (Soot) Emissions from Non-Premixed Flames 被引量:1
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作者 Ajit Patki Xianchang Li +7 位作者 Daniel Chen Helen Lou Peyton Richmond Vijaya Damodara Lan Liu Kader Rasel Arokiaraj Alphones Jenny Zhou 《Journal of Geoscience and Environment Protection》 2014年第4期15-24,共10页
Soot emissions (PM 2.5) from land-based sources pose a substantial health risk, and now are subject to new and tougher EPA regulations. Flaring produces significant amount of particulate matter in the form of soot, al... Soot emissions (PM 2.5) from land-based sources pose a substantial health risk, and now are subject to new and tougher EPA regulations. Flaring produces significant amount of particulate matter in the form of soot, along with other harmful gas emissions. A few experimental studies have previously been done on flames burning in a controlled condition. In these lab-experiments, great effort is needed to collect, sample, and analyze the soot so that the emission rate can be calculated. Soot prediction in flares is tricky due to variable conditions such as radiation and surrounding air available for combustion. Work presented in this paper simulates some lab-scale flares in which soot yield for methane flame mixture was measured under different conditions. The focus of this paper is on soot modeling with various flair operating conditions. The computational fluid dynamics software ANSYS Fluent 13 is used. Different soot models were explored along with other chemistry mechanisms. The effect of radiation models, quantity of air supplied, different fuel mixture and its effect over soot formations were also studied. 展开更多
关键词 NUMERICAL Modeling soot EMISSION flameS
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Experimental Study of Soot Volume Fraction Applied in Laminar Diffusion Flames
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作者 N. R. Caetano F. M. Pereira +1 位作者 H. A. Vielmo F. T. van der Lann 《Modern Mechanical Engineering》 2013年第4期137-141,共5页
The soot emission has been the focus of many studies due to applications in industry and the prejudicial effects caused to the environment. The presence of soot is important to the heat transfer in boilers and combust... The soot emission has been the focus of many studies due to applications in industry and the prejudicial effects caused to the environment. The presence of soot is important to the heat transfer in boilers and combustion chambers, contributing significantly to efficiency increases. In controversy, the inhaled soot may cause respiratory system damage and even cancer. Another important point is the contribution to the greenhouse effect. Therefore, the aim of this work is to analyse the soot emission in laminar diffusion flames produced from commercial fuels stabilized on a burner representative of industrial applications. Methane, vehicular natural gas and liquid petroleum gas are considered as fuels. An experimental setup was constructed to implement the technique of laser light extinction and laser-induced incandescence. These non-intrusive techniques provide instant information, in real time, about soot volume fraction. The measurements were calibrated and validated using methods and results of studies available in the literature, and also the uncertainty is analysed and suitably minimized. The results will contribute to the database for projects of combustion systems optimization, aiming to increase the efficiency and soot emissions control. 展开更多
关键词 soot EMISSIONS LAMINAR DIFFUSION flameS COMMERCIAL Fuels
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聚甲氧基二甲醚3掺混对正戊烷反扩散火焰燃烧碳烟生成特性的影响研究
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作者 应遥瑶 何冰倩 +2 位作者 庄欣豪 张钰杰 刘冬 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2026年第2期273-280,共8页
本文利用反扩散火焰燃烧平台,以正戊烷作为基础燃料,研究了添加不同浓度聚甲氧基二甲醚3(PODE3)对碳氢燃料燃烧碳烟生成特性的影响,采用透射电子显微镜、拉曼光谱仪和X射线衍射仪对碳烟样品进行分析。结果表明:随着PODE3的掺混,碳烟颗... 本文利用反扩散火焰燃烧平台,以正戊烷作为基础燃料,研究了添加不同浓度聚甲氧基二甲醚3(PODE3)对碳氢燃料燃烧碳烟生成特性的影响,采用透射电子显微镜、拉曼光谱仪和X射线衍射仪对碳烟样品进行分析。结果表明:随着PODE3的掺混,碳烟颗粒平均粒径下降,平均微晶长度减小,平均微晶曲率增大;一阶拉曼光谱中代表晶格内部缺陷和无序结构的D峰与代表石墨稳定结构的G峰的积分强度之比逐渐增加,(002)晶面的层间距增大,碳烟颗粒石墨化程度降低,无序程度增大。 展开更多
关键词 聚甲氧基二甲醚3 反扩散火焰 正戊烷 碳烟颗粒 生成特性 沉积取样 微观结构 石墨化程度
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简化化学反应条件下火焰碳烟生成与辐射特性的仿真和实验验证
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作者 张辰飏 陈玮 +4 位作者 李洪绪 王良 曾琦 曹俊 任涛 《动力工程学报》 北大核心 2026年第2期1-9,共9页
碳烟是燃烧中关键的辐射产物,对能效和污染物排放具有显著影响。然而,碳烟生成过程的复杂性使得现有模型大多依赖复杂化学反应机理,导致计算成本较高,限制了其在工程应用中的推广。为此,利用ANSYS-Fluent软件中的用户自定义函数,嵌入了... 碳烟是燃烧中关键的辐射产物,对能效和污染物排放具有显著影响。然而,碳烟生成过程的复杂性使得现有模型大多依赖复杂化学反应机理,导致计算成本较高,限制了其在工程应用中的推广。为此,利用ANSYS-Fluent软件中的用户自定义函数,嵌入了层流烟点模型和全光谱k分布辐射模型,以高效模拟乙烯层流扩散火焰中的碳烟生成和辐射特性。使用互补式金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)相机和傅里叶红外光谱仪对不同掺混比条件下的碳烟浓度场和光谱辐射强度进行了测量,用于验证模型的有效性。结果表明,提出的模型通过一步化学反应和一个额外的物质输运方程,就能够准确捕捉火焰中碳烟分布的形态特征,在不同高度下的碳烟径向平均体积分数分布与实验数据具有良好的一致性。同时,不同高度下的光谱辐射强度模拟结果与测量值匹配良好,验证了该模型的高效性和准确性,为火焰碳烟生成与辐射特性工程计算提供了一种可靠的工具。 展开更多
关键词 火焰碳烟 辐射特性 简化化学反应
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电声耦合对乙炔扩散燃烧的碳烟抑制研究
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作者 王彬 叶阳辉 +1 位作者 陈士俊 张治国 《浙江科技大学学报》 2026年第1期31-39,共9页
【目的】为解决燃烧过程中碳烟生成导致的燃烧效率降低及环境污染问题,将燃料声场脉动与电场耦合抑制碳烟生成,结合两者的优势实现高效碳烟抑制。【方法】首先测量声场脉动抑制碳烟的声学特征,识别出噪声局部最小值的区域;然后在该区域... 【目的】为解决燃烧过程中碳烟生成导致的燃烧效率降低及环境污染问题,将燃料声场脉动与电场耦合抑制碳烟生成,结合两者的优势实现高效碳烟抑制。【方法】首先测量声场脉动抑制碳烟的声学特征,识别出噪声局部最小值的区域;然后在该区域施加高压静电场,系统研究不同流量、频率及电压下的碳烟生成速率、声压级和火焰温度的变化规律;最后分析电声耦合作用对碳烟抑制的效果。【结果】电声耦合时碳烟生成速率小于两者单独作用时生成速率的乘积,部分工况下前者甚至不到后者的20%;高频条件下碳烟生成速率的波动减小,使得碳烟生成速率随电场电压增强而加速下降。【结论】电场与声场耦合作用在提升碳烟抑制效率的同时显著降低了声压级,这一研究结果为清洁燃烧技术提供了新方法。 展开更多
关键词 碳烟抑制 电声耦合 噪声抑制 火焰形态
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低压对甲烷火焰中炭黑生成及辐射特性的影响
6
作者 邓磊 王津 +1 位作者 笪耀东 黄笑乐 《华中科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期59-65,73,共8页
以分区炭黑动力学模型为基础对甲烷对冲扩散火焰的燃烧过程进行模拟,分析了高海拔低气压条件对炭黑生成特性的影响;同时,基于Mie散射理论分析不同体积分数、温度和行程长度下炭黑发射率变化,揭示了体积分数对炭黑辐射换热能力的影响.研... 以分区炭黑动力学模型为基础对甲烷对冲扩散火焰的燃烧过程进行模拟,分析了高海拔低气压条件对炭黑生成特性的影响;同时,基于Mie散射理论分析不同体积分数、温度和行程长度下炭黑发射率变化,揭示了体积分数对炭黑辐射换热能力的影响.研究结果表明:高海拔低气压下,压力降低导致火焰温度、炭黑前驱体摩尔分数及炭黑体积分数下降,通过抑制炭黑前驱体的形成进而抑制炭黑生成.当压力从100 k Pa降至60 k Pa、控制质量流量时,炭黑体积分数峰值从1.5169×10^(-7)降至2.4148×10^(-11),降幅达四个数量级;控制速度时,峰值由1.5169×10^(-7)锐减至3.6621×10^(-14),降幅高达七个数量级.炭黑体积分数是决定其发射率的重要因素,当行程长度为1~10m、体积分数达1.0×10^(-5)时,发射率随行程长度的增加迅速趋近于1,炭黑辐射占据主导地位;体积分数低于1.0×10^(-7)时,发射率趋近于0,炭黑辐射作用可忽略. 展开更多
关键词 低气压 甲烷火焰 炭黑 生成特性 辐射特性
原文传递
基于分段喷射的柴油喷雾燃烧特性研究
7
作者 何旭 许锴 +4 位作者 周笑然 于华宏 赵晋 刘亚龙 张赫 《北京理工大学学报》 北大核心 2025年第9期895-906,共12页
为了研究分段喷射对柴油机冷启动阶段柴油燃烧过程的影响,采用双色法获取了冷启动工况下关键喷射参数对火焰温度和碳烟浓度的影响规律.分段喷雾燃烧时的火焰平均温度和积分KL因子相比单次喷射大幅度提高,平均燃烧温度峰值最高增加了300 ... 为了研究分段喷射对柴油机冷启动阶段柴油燃烧过程的影响,采用双色法获取了冷启动工况下关键喷射参数对火焰温度和碳烟浓度的影响规律.分段喷雾燃烧时的火焰平均温度和积分KL因子相比单次喷射大幅度提高,平均燃烧温度峰值最高增加了300 K左右,积分KL因子最多增加了约4×10^(4).随着预喷比例的增加和喷射间隔的减小,火焰平均温度和积分KL因子先增加后减小,分别在预喷比例为30%时和喷射间隔为900μs时最高.对于分段喷射参数,由于相互作用区的温度升高缩短了火焰浮起长度,导致局部混合速率与燃烧促进作用的变化规律相反.虽然碳烟氧化以及局部混合的增强有利于抑制碳烟生成,但碳烟宏观演化规律随喷射参数的变化趋势不发生改变.在冷启动工况下,积分KL因子与整体积分自然发光强度的变化规律基本一致,喷射参数变化引起的燃烧促进作用是影响碳烟宏观演化规律的主要因素. 展开更多
关键词 柴油机 燃烧 双色法 火焰温度 碳烟 预喷比例
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甲醇-加氢催化生物柴油光学发动机PPC低温燃烧模式碳烟生成特性试验研究
8
作者 邵壮 李卫民 +3 位作者 陈及 赵新强 周秀成 马晓涵 《车用发动机》 北大核心 2025年第2期9-16,23,共9页
采用光学发动机和双色法测试技术开展了甲醇-加氢催化生物柴油(hydrogenated catalytic biodiesel,HCB)在部分预混压燃(partially premixed combustion,PPC)低温燃烧模式下的燃烧特性和碳烟瞬态生成特性的研究。结果表明,随着直喷时刻... 采用光学发动机和双色法测试技术开展了甲醇-加氢催化生物柴油(hydrogenated catalytic biodiesel,HCB)在部分预混压燃(partially premixed combustion,PPC)低温燃烧模式下的燃烧特性和碳烟瞬态生成特性的研究。结果表明,随着直喷时刻的提前,燃用M0(100%HCB)与M15(15%甲醇,25%正辛醇和60%HCB)的峰值缸压先增大后减小,甲醇的掺混降低了混合燃油的活性,导致在相同直喷时刻下M15燃烧相位滞后于M0。在PPC燃烧模式燃烧初期,甲醇蒸发吸热导致M15燃油火焰温度小于M0燃油,但随着燃烧的发展,由于M15有更高的氧含量以及更均匀的燃油分布,燃烧后期M15的充分燃烧不仅使其火焰温度逐渐大于M0,还显著降低了燃烧过程中碳烟的生成。 展开更多
关键词 光学发动机 双色法 加氢催化生物柴油 甲醇 火焰温度 碳烟 低温燃烧
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JP-10/航空煤油混合燃料层流扩散火焰碳烟生成特性研究
9
作者 何旭 张志伟 +4 位作者 向祺 贾靖洋 陈东平 许亚北 赵晋 《北京理工大学学报》 北大核心 2025年第5期482-492,共11页
为了研究JP-10掺混对航空煤油层流扩散火焰中碳烟生成的影响,基于激光诱导炽光法(LII)和平面激光诱导荧光法(PLIF)对JP-10掺混航空煤油火焰中LII-碳烟信号和PLIF-多环芳香烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon,PLIF-PAHs)信号的分布情况... 为了研究JP-10掺混对航空煤油层流扩散火焰中碳烟生成的影响,基于激光诱导炽光法(LII)和平面激光诱导荧光法(PLIF)对JP-10掺混航空煤油火焰中LII-碳烟信号和PLIF-多环芳香烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon,PLIF-PAHs)信号的分布情况进行试验研究.试验结果表明,随着JP-10掺混比例的增加,LII-碳烟信号与PLIF-PAHs信号的分布范围均增大,信号强度均增强,表明JP-10掺混促进了碳烟及PAHs的生成.此外,构建了一种适用于研究JP-10/航空煤油中PAHs生成的动力学机理,并基于该机理对PAHs生成进行了化学动力学仿真.仿真结果表明,JP-10的掺混增加了A1(苯)的主要生成路径,促进了富烯(C_(5)H_(4)CH_(2))和甲苯(C_(6)H_(5)CH_(3))的生成从而促进了A1的生成,进而促进了PAHs及碳烟的生成. 展开更多
关键词 JP-10/航空煤油 碳烟生成 层流扩散火焰
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喷油压力对柴油撞壁喷雾及燃烧特性的影响
10
作者 刘栋 李向荣 +1 位作者 张智 魏福华 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第4期779-786,共8页
为了实现喉口直径为100 mm的侧卷流燃烧室对柴油机燃烧性能进一步改善,本文利用可视化定容燃烧系统测试了80~120 MPa不同喷油压力下撞壁喷雾发展和燃烧过程。结果表明:随着喷油压力升高,撞壁喷雾与侧卷流燃烧室壁面之间相互作用增强,壁... 为了实现喉口直径为100 mm的侧卷流燃烧室对柴油机燃烧性能进一步改善,本文利用可视化定容燃烧系统测试了80~120 MPa不同喷油压力下撞壁喷雾发展和燃烧过程。结果表明:随着喷油压力升高,撞壁喷雾与侧卷流燃烧室壁面之间相互作用增强,壁面导流效果和干涉壁射流贯穿能力增加,均有助于燃油喷雾扩散。喷油压力从120 MPa降至80 MPa,削弱了壁面导流效果,近壁面导流圆弧附近存有残留燃油,显示出局部高温高KL因子分布,且燃烧后期3.7 ms的干涉区仍有高温火焰持续燃烧。对于侧卷流燃烧系统,提高喷油压力利于壁面导流和干涉壁射流作用发挥,有助于提高燃烧速率并加快碳烟氧化。 展开更多
关键词 直喷式柴油机 侧卷流燃烧室 喷油压力 撞壁喷雾与火焰 导流特性 碳烟 双色法 定容燃烧系统
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氨/甲苯层流扩散火焰中碳烟形态及纳观结构演变的实验研究
11
作者 余荣浩 徐义书 +2 位作者 张凯 成晓北 权燕红 《燃烧科学与技术》 北大核心 2025年第2期221-233,共13页
芳香烃是汽、柴油的重要组成部分,也是碳烟生成的重要前驱体.选取甲苯表征芳香烃类组分,通过热泳取样、透射电子显微镜(TEM)观察及图像数据提取方法探究了氨/甲苯层流扩散火焰中碳烟形态、纳观结构的演变规律.结果表明,掺氨降低了火焰... 芳香烃是汽、柴油的重要组成部分,也是碳烟生成的重要前驱体.选取甲苯表征芳香烃类组分,通过热泳取样、透射电子显微镜(TEM)观察及图像数据提取方法探究了氨/甲苯层流扩散火焰中碳烟形态、纳观结构的演变规律.结果表明,掺氨降低了火焰上游温度,延长了甲苯燃料裂解所需时间,延缓了碳烟的成核、生长过程,初级颗粒平均粒径减小.但同时,掺氨提高了火焰峰值温度,形成团聚颗粒所需的过程被缩短.掺氨比例达40%时,峰值平均颗粒粒径减小9.87%.此外,掺氨缩短了碳烟的微晶长度、增大了微晶曲率以及层间距,纳观结构变得更加无序,碳烟氧化的可能性增加.对比脂肪烃燃料,甲苯火焰中的峰值平均颗粒粒径最大,掺氨后降幅最低.每掺混1%氨气,甲苯火焰中峰值颗粒粒径的降幅仅为0.2%~0.3%,远低于正癸烷和正庚烷的0.6%和0.9%.芳香烃燃料形成多环芳烃(PAH)的路径更短,碳烟生成倾向更大,掺氨对于芳香烃火焰中碳烟生成的抑制作用小于脂肪烃燃料. 展开更多
关键词 甲苯 层流扩散火焰 碳烟 结构演变
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氢气/氮气添加对乙烯扩散火焰碳烟生成影响的模拟研究
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作者 闫治宇 史聪灵 +4 位作者 熊新怡 雷博涵 李倩倩 王金华 黄佐华 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第10期137-147,共11页
针对氢气添加对碳烟生成是化学促进还是抑制的问题,采用二维数值模拟对纯乙烯、添加氮气和添加氢气的同轴协流扩散火焰开展了系统研究。分析了添加30%体积分数的氢气、氮气后,其对火焰温度、碳烟体积分数、颗粒生长、成核、前驱物演变... 针对氢气添加对碳烟生成是化学促进还是抑制的问题,采用二维数值模拟对纯乙烯、添加氮气和添加氢气的同轴协流扩散火焰开展了系统研究。分析了添加30%体积分数的氢气、氮气后,其对火焰温度、碳烟体积分数、颗粒生长、成核、前驱物演变和氧化等过程的影响,获取了相关特征参数的变化规律,阐明了低比例氢气添加对碳烟生成的化学促进作用机制。模拟结果表明:相较于添加体积分数为30%的氧气火焰,添加体积分数为30%的氢气火焰能够在一定程度上促进碳烟形成,碳烟峰值体积分数从4.37×10^(-6)增加至4.52×10^(-6),但掺氢引起的温度场变化对碳烟生成的影响作用较小;掺氢带来的化学促进作用主要通过加速多环芳香烃(PAHs)的生成和颗粒成核速率实现,进而在PAHs沉积作用而非脱氢加乙炔反应主导下促使颗粒质量增加;掺氢能够通过同时增加OH和O_(2)的氧化速率促进颗粒氧化,但其带来的化学促进颗粒生长作用要大于氧化促进作用。该研究可为掺氢燃烧的碳烟颗粒控制提供理论依据。 展开更多
关键词 氢气/氮气 乙烯 同轴协流扩散火焰 碳烟 化学促进作用
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氨对苯同轴扩散火焰中碳烟生成特性的影响
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作者 余荣浩 徐义书 +1 位作者 成晓北 张凯 《燃烧科学与技术》 北大核心 2025年第3期311-321,共11页
芳香烃是汽油、柴油、航空燃料中的重要组成部分,同时芳香烃存在成碳倾向大等问题.通过热泳采样结合透射电子显微镜(TEM)以及图像数据提取方法探究了氨/苯同轴扩散火焰中碳烟形态以及粒径变化规律,同时使用化学动力学模拟对氨/苯火焰中... 芳香烃是汽油、柴油、航空燃料中的重要组成部分,同时芳香烃存在成碳倾向大等问题.通过热泳采样结合透射电子显微镜(TEM)以及图像数据提取方法探究了氨/苯同轴扩散火焰中碳烟形态以及粒径变化规律,同时使用化学动力学模拟对氨/苯火焰中多环芳烃(PAH)生成反应路径进行分析,最后使用虚拟氨气对化学效应和热效应进行解耦.结果表明,掺氨后火焰可视化高度增加,火焰上游淡黄色区域延长.同时,平均峰值粒径减小,掺氨比例为40%时,峰值平均颗粒粒径由36.81 nm降为34.71 nm,降幅为5.70%.氨气的加入消耗了反应体系中更多H自由基,固定部分有效C原子,H、C_(2)H_(2)、C_(3)H_(3)、PAH等组分浓度降低.PAH主要生成、生长路径A1-+A1=P2+H以及HACA反应受到抑制.与整体化学效应相比,热效应主导了对火焰中各组分的抑制作用.化学效应可分为燃烧温度效应以及额外路径效应,两者相互制约,整体表现出对各组分浓度的促进作用.在火焰上游,掺氨所引起的热效应主导了碳烟成核、生长过程的延缓.火焰中下游,燃烧逐渐剧烈,燃烧温度效应与热效应竞争下,额外路径效应导致了对碳烟生长的抑制作用,最终使火焰中的峰值平均颗粒粒径减小. 展开更多
关键词 芳香烃 同轴扩散火焰 碳烟 颗粒粒径 化学效应 热效应
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基于可见光与红外联合检测的火焰温度场及气固体积分数场同时重建研究
14
作者 张怡雯 常珂 +2 位作者 刘蒙 罗自学 程强 《煤炭转化》 北大核心 2025年第2期58-69,共12页
提出了一种基于可见光和红外联合检测的火焰温度场及气固组分体积分数同时重建的方法。首先,搭建了火焰图像检测实验平台,对21%O_(2),25%O_(2),30%O_(2)工况下的乙烯扩散火焰进行实验检测,利用高光谱相机、前置滤光片的短波红外相机和... 提出了一种基于可见光和红外联合检测的火焰温度场及气固组分体积分数同时重建的方法。首先,搭建了火焰图像检测实验平台,对21%O_(2),25%O_(2),30%O_(2)工况下的乙烯扩散火焰进行实验检测,利用高光谱相机、前置滤光片的短波红外相机和中波红外热像仪同时拍摄获取火焰图像;随后,通过检测得到的可见光波长下的辐射强度分布,重建得到火焰温度及烟黑体积分数分布,通过检测得到的红外波段下的辐射强度分布,结合水蒸气与二氧化碳对波长的选择吸收性,扣除烟黑在相应红外波段的辐射贡献后,重建得到火焰中水蒸气及二氧化碳的体积分数分布;最后,将温度检测结果与热电偶测温结果和模拟结果进行对比,误差在10%内;体积分数检测结果与文献中的结果及模拟结果基本相符。 展开更多
关键词 可见光与红外联合检测 火焰温度 烟黑体积分数 水蒸气体积分数 二氧化碳体积 分数
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对冲扩散火焰下掺混CO对碳烟前驱体形成的影响
15
作者 罗毅 王凯 +1 位作者 刘苏萍 李鸣飞 《成都工业学院学报》 2025年第3期1-7,13,共8页
采用对冲扩散火焰模型,探讨以乙烯和丙烷作为基础燃料,向氧化剂侧掺混CO后,对火焰结构和污染物生成特性的影响。研究结果表明,2种基础燃料下,氧化剂侧中加入CO后会导致火焰的峰值温度呈现出先增加后减少的趋势。在富氧区域内,靠近氧化... 采用对冲扩散火焰模型,探讨以乙烯和丙烷作为基础燃料,向氧化剂侧掺混CO后,对火焰结构和污染物生成特性的影响。研究结果表明,2种基础燃料下,氧化剂侧中加入CO后会导致火焰的峰值温度呈现出先增加后减少的趋势。在富氧区域内,靠近氧化剂侧形成预混火焰。在乙烯燃料或丙烷燃料的扩散火焰中添加较少CO时,CO可以促进C_(2)H_(2)的生成,但CO掺混比较大会抑制C_(2)H_(2)的生成。通过分析C_(2)H_(2)的主要生成路径可知,H自由基的摩尔分数影响C_(2)H_(2)的生成。氧化剂侧CO的掺入促进了CO+OH===CO_(2)+H反应中生成的H自由基,而这些H自由基在碳烟前驱体生成区域不断减少。不同燃料(乙烯和丙烷)在添加CO后,H自由基的分布变化影响了碳烟前驱体C_(2)H_(2)的生成路径。 展开更多
关键词 一氧化碳掺混 对冲扩散火焰 碳烟前驱体 CHEMKIN
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不同气体添加剂对丙烷扩散火焰碳烟微观结构的影响
16
作者 杨慎林 王宇杰 李满厚 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第5期121-126,共6页
碳氢燃料燃烧生成的碳烟颗粒是目前大气环境污染物的重要组成成分,因此开展碳烟颗粒研究可为清洁高效燃烧技术的发展提供理论依据。基于丙烷/空气扩散火焰试验系统,结合透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM),研究了不... 碳氢燃料燃烧生成的碳烟颗粒是目前大气环境污染物的重要组成成分,因此开展碳烟颗粒研究可为清洁高效燃烧技术的发展提供理论依据。基于丙烷/空气扩散火焰试验系统,结合透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM),研究了不同气体添加剂对丙烷扩散火焰碳烟微观结构的影响。在丙烷流量为100mL/min所形成的扩散火焰中分别加入15、30、45、60 mL/min的氢气、二氧化碳和氮气,采用沉积取样技术,经超声波清洗机处理后,利用TEM观察并分析了碳烟颗粒的形貌、尺寸和分形维数。结果表明:随着气体添加剂的加入,基本碳烟颗粒的轮廓开始变得模糊,碳烟颗粒变得不成熟,碳烟颗粒基本粒子的粒径向小粒径方向移动,且分布范围也随之减小;氢气添加剂的影响作用最明显,其次是二氧化碳,最弱的是氮气;分形凝聚体中的颗粒分布随着气体添加剂的加入变得更加松散,结构不规则程度变大。研究结果可为完善碳烟生成理论和降低燃烧碳烟生成量提供参考。 展开更多
关键词 碳烟 丙烷扩散火焰 微观结构 粒径 形貌 分形维数
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乙烯/甲醇同轴扩散火焰中碳烟颗粒微观和纳观形貌研究
17
作者 刘浩业 刘庆阳 王天友 《能源环境保护》 2025年第5期93-104,共12页
基于同轴层流扩散火焰实验平台,结合热泳探针取样法与高分辨率透射电镜技术,系统研究了不同甲醇替代率对乙烯/甲醇同轴扩散火焰中碳烟颗粒的微观和纳观形貌的影响。其中,微观形貌主要分析碳烟颗粒物的大小与数量,纳观形貌主要通过分析... 基于同轴层流扩散火焰实验平台,结合热泳探针取样法与高分辨率透射电镜技术,系统研究了不同甲醇替代率对乙烯/甲醇同轴扩散火焰中碳烟颗粒的微观和纳观形貌的影响。其中,微观形貌主要分析碳烟颗粒物的大小与数量,纳观形貌主要通过分析碳层长度、碳层间距和碳层曲率研究碳烟颗粒物氧化性的变化。结果表明,随着甲醇替代率的提高,在火焰高度为15 mm下采集的颗粒物逐渐从聚集态碳烟颗粒变为孤立的碳烟基本粒子,纯甲醇或高比例甲醇的扩散火焰中几乎不产生碳烟。在微观形貌方面,随着甲醇替代率的增加,层流扩散火焰中产生的颗粒物初级粒子数量、粒径、分形维数呈现逐渐下降的趋势。主要原因是增加甲醇替代率,促进了燃料中的总含氧量增加,使得燃料燃烧更加充分,进而抑制了碳烟前驱物的生成以及碳烟颗粒物的成核过程和生长过程;在纳观形貌方面,纯乙烯工况下碳.烟的基本粒子形状近似为球形,结构为壳状结构,由石墨外壳和无定形内核组成;而在甲醇替代率高的工况下,从火焰中取出的碳烟的内部碳层更加松散,弯曲较多。随着甲醇替代率增加,碳烟的碳层长度不断下降、碳层曲率和层间距不断上升,表明碳烟的氧化性增加。本研究为优化燃烧过程、降低碳烟生成提供了参考。 展开更多
关键词 甲醇 碳烟 微观形貌 纳观形貌 扩散火焰 燃烧优化
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氧体积分数对炭黑燃烧特性影响的热天平研究 被引量:10
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作者 范卫东 谢广录 +2 位作者 徐宾 于娟 章明川 《燃料化学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期550-555,共6页
利用热天平对天然气扩散火焰中生成的炭黑在不同氧体积分数下(21%、15%、10%和5%)的燃烧特性进行了研究,选用蜡烛炭黑、4种工业炭黑以及无烟煤焦炭作为对比。基于试验结果确定了燃烧特性参数,并分析了燃烧特性。天然气扩散火焰中生成的... 利用热天平对天然气扩散火焰中生成的炭黑在不同氧体积分数下(21%、15%、10%和5%)的燃烧特性进行了研究,选用蜡烛炭黑、4种工业炭黑以及无烟煤焦炭作为对比。基于试验结果确定了燃烧特性参数,并分析了燃烧特性。天然气扩散火焰中生成的炭黑明显早于其他试样着火燃烧,着火温度在所有试样中最低,氧体积分数为21%下为483.0℃,比焦炭约低114℃,比蜡烛炭黑低近127.8℃。自制天然气炭黑可燃指数比焦炭低,着火后前期燃烧反应能力较弱。随着氧体积分数的降低,各试样着火温度在50℃内变化。比较各试样的燃尽特性可知自制天然气炭黑在不同燃尽率下的相对燃尽时间最长,氧体积分数为21%下完全燃尽为6.03min,比焦炭长21.3%。蜡烛炭黑相对燃尽时间也较长。随着氧体积分数降低,各试样燃尽时间都延长,尤其是自制天然气炭黑,氧体积分数从21%降到5%,相对燃尽时间延长2.97倍,氧体积分数降低明显延长其燃尽过程。 展开更多
关键词 天然气扩散火焰 炭黑 燃烧特性 热分析
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火焰温度对碳烟微观结构和氧化活性的影响 被引量:11
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作者 宋崇林 李博 +3 位作者 马翔 汪晓伟 吕刚 郝斌 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期535-541,共7页
基于甲烷/氧气预混燃烧系统,采用透射电子显微镜、拉曼光谱仪和热重分析仪,研究了温度对碳烟微观结构和氧化活性的影响规律.碳烟颗粒的微晶尺寸(三)、层面间距(D)和曲率(C)的平均值分别在0.651~0.979nm、0.351-0.402nm和... 基于甲烷/氧气预混燃烧系统,采用透射电子显微镜、拉曼光谱仪和热重分析仪,研究了温度对碳烟微观结构和氧化活性的影响规律.碳烟颗粒的微晶尺寸(三)、层面间距(D)和曲率(C)的平均值分别在0.651~0.979nm、0.351-0.402nm和1.191~1.425之间,IG/ID在1.017~1.177之间,且随着火焰温度的升高,L增大,D和C都减小,IG/ID增大,表明颗粒微观结构变得更为有序,石墨化程度更高;碳烟颗粒的氧化反应活化能在124.65~154.38kJ/mol之间,且随着火焰温度的升高,氧化反应活化能升高,表明颗粒氧化活性降低. 展开更多
关键词 预混火焰 火焰温度 碳烟 微观结构 氧化活性
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煤粉燃烧火焰区域中碳烟的结构与行为 被引量:6
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作者 卓建坤 李水清 +1 位作者 宋蔷 姚强 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期74-81,共8页
在25 kW的一维下行炉的煤粉燃烧火焰区域,通过两级稀释水冷等速取样系统和荷电低压撞击器(ELPI)颗粒分级系统收集碳烟颗粒,利用高分辨透射电镜(HRTEM)获取超细颗粒物中碳烟的纳米结构图像,通过纳米结构图像分析研究碳烟在火焰区域内的... 在25 kW的一维下行炉的煤粉燃烧火焰区域,通过两级稀释水冷等速取样系统和荷电低压撞击器(ELPI)颗粒分级系统收集碳烟颗粒,利用高分辨透射电镜(HRTEM)获取超细颗粒物中碳烟的纳米结构图像,通过纳米结构图像分析研究碳烟在火焰区域内的各种行为.结果表明,在火焰区域中形成的碳烟因其行为不同而呈现出多样化的纳米结构,包括同心圆洋葱状、胶囊状、碳纤维微晶状和碳包覆的金属氧化物等,这些纳米结构客观反映了碳烟在火焰区域内较高梯度的含氧条件和高温环境下,存在着复杂的反应机理,包括碳烟基本粒子的形成、粒子间的碰撞聚并、在碳烟形成演变过程中所发生的石墨化作用和氧化反应、以及碳烟和随同煤粉挥发分析出的有机键连接金属元素间的相互作用. 展开更多
关键词 煤粉燃烧火焰区域 碳烟 纳米结构 行为
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