14993.甲烷擴(kuò)散火焰中碳煙顆粒形貌及力學(xué)特性的研究

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文甲烷擴(kuò)散火焰中甲烷擴(kuò)散火焰中碳煙碳煙顆粒顆粒形貌形貌及力學(xué)特性的研究特性的研究StudyontheMphologyFceAnalysisofSootParticlesinaCH4AirDiffusionFlame一級學(xué)科：動力工程及工程熱物理學(xué)科專業(yè)：動力機(jī)械及工程作者姓名：王思文指導(dǎo)教師：宋崇林教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一五年七月I中文摘要中文摘要碳煙顆粒形成機(jī)理的研究可為燃燒顆粒物排放控制技術(shù)的發(fā)展提供理論依據(jù)

2、和技術(shù)支持，目前已成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。為了研究擴(kuò)散燃燒過程中碳煙顆粒的生成、演化歷程，進(jìn)一步完善對燃燒顆粒物形成機(jī)理的認(rèn)知，本文基于實(shí)驗(yàn)室甲烷空氣擴(kuò)散火焰熱泳探針取樣系統(tǒng)，使用原子力顯微鏡（AtomicfcemicroscopyAFM）研究了擴(kuò)散火焰不同取樣高度（HeightabovetheburnerHAB）碳煙顆粒的三維形貌及力學(xué)特性。論文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：通過對AFM圖像的分析，取樣點(diǎn)的碳煙顆?？煞从称湓诨鹧嬷械男纬?、演

3、化歷程：單顆粒生長、凝并、團(tuán)聚和氧化。采用原子力顯微鏡研究了碳煙顆粒三維微觀形貌隨HAB增加的演變規(guī)律，并對其中的單碳煙粒子形貌參數(shù)進(jìn)行了提取分析，研究結(jié)果表明：當(dāng)HAB從30mm增加到45mm時(shí)，單碳煙粒子平均粒徑從8.72nm增加到11.36nm；當(dāng)HAB45mm時(shí)，單碳煙粒子平均粒徑隨HAB的上升而逐漸降低。單碳煙粒子的球度比（SphericityratioSR）主要分布在0.010.30之間，表明這些碳煙粒子的碳化程度較低，呈近

4、液態(tài)（liquidlike）。SR隨著顆粒體積當(dāng)量直徑(EquivalentvolumediameterED)的增加而增加，且隨HAB的增加，SR隨ED的增加趨勢更明顯，說明單碳煙粒子的碳化程度與其大小和取樣高度相關(guān)。碳煙顆粒圓度和碳煙顆粒緊密度的值分布分別介于0.4640.484和0.6710.694之間，并且隨HAB的增加，圓度值先增大后減小、緊密度則單調(diào)升高，表明碳煙微粒結(jié)構(gòu)隨著HAB增加更緊湊。單碳煙粒子與探針間平均吸附力（Av

5、erageattractivefceAFat）分布于2.22nN2.65nN之間，且隨HAB的增加，AFat逐漸減小。碳煙粒子與探針間范德華力（VanderWaalsfceFvdl）數(shù)值介于1.89nN到2.18nN之間。不同HAB下，F(xiàn)vdl與AFat的比值處于0.710.90之間，說明在干燥環(huán)境中范德華力是Fat值的主導(dǎo)因素。單碳煙粒子與探針間平均粘附力(AverageadhesivefceAFad)隨HAB的增加由12.1nN逐漸