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原文传递乙烯和丙烯预混合火焰碳烟生成特性试验研究

论文题名：	乙烯和丙烯预混合火焰碳烟生成特性试验研究
关键词：	发动机;乙烯;丙烯;预混火焰;碳烟颗粒
摘要：	发动机燃烧碳烟模型是设计与开发高效清洁发动机的重要基础。对乙烯、丙烯等小分子碳氢燃料燃烧过程的碳烟生成特性开展研究是理解碳氢燃料碳烟生成机理、发展发动机燃烧碳烟模型的重要方法。碳烟模型的验证需要准确的基础实验数据。BSS（Burner Stabilized Stagnation）方法是目前国际公认的层流预混火焰中碳烟粒径分布、数密度以及体积分数等基础数据的重要测试方法。本文在建立BSS方法测试标准基础上，研究了乙烯和丙烯层流预混火焰中碳烟颗粒的成核和长大过程，对火焰中碳烟颗粒的粒径分布、数密度以及体积分数等重要特征参数进行了系统地测量，主要研究工作包括：　　（1）建立了BSS方法的试验标准。基于BSS方法，系统地分析了燃烧器/多孔塞的尺寸与材料、火焰滞止表面温度以及火焰保护气流速等因素对预混合火焰碳烟生成特性（碳烟粒径分布、数密度和体积分数等）试验测量的影响。在试验标准下，不同的研究者在不同的试验装置上使用BSS方法测得的碳烟粒径分布、数密度以及体积分数等数据吻合地很好。　　（2）在试验标准下，采用BSS方法系统地研究了火焰条件（火焰温度、当量比）对预混合乙烯火焰碳烟生成特性的影响。试验结果表明，预混合乙烯火焰碳烟粒径分布具有双峰性。这种双峰性分布由核模态的小粒径颗粒和凝聚态的大粒径颗粒组成。即使在成烟较多（?=2.5）的火焰中，碳烟成核过程也能一直持续到成烟后期，核模态颗粒具有较高的浓度。碳烟粒径分布、数密度和体积分数等对当量比和火焰温度都非常敏感。火焰温度较低时，碳烟生成受限于缓慢的成核反应动力学速率；火焰温度较高时，碳烟生成受限于成核过程的热力学可逆性（即碳烟前驱物高温热解）。成烟较少时（?=1.8），这种限制性非常明显；成烟较多时（?=2.5），这种限制性有所减弱。　　（3）在试验标准下，采用BSS方法系统地研究了火焰条件（火焰温度、当量比）对预混合丙烯火焰碳烟生成特性的影响。试验结果表明，预混合丙烯火焰碳烟粒径分布具有双峰性。碳烟粒径分布、数密度和体积分数等对当量比和火焰温度都非常敏感。成烟较少时（?=1.8），碳烟成核过程的热力学可逆性对碳烟生成过程具有显著影响；但成烟较多时（?=2.07），这种影响很小。　　（4）对乙烯和丙烯预混合火焰碳烟生成特性进行了比较，结果表明预混合丙烯火焰中碳烟成核与长大速率以及最大碳烟体积分数均明显高于预混合乙烯火焰；乙烯和丙烯预混合火焰碳烟生成过程均受到碳烟成核过程热力学可逆性的影响，但受影响程度差别很大，尤其当?=2.07时，随着火焰温度升高，乙烯火焰最大碳烟体积分数明显降低，但丙烯火焰最大碳烟体积分数变化很小。上述结果说明燃料中碳原子的成键方式对预混合火焰碳烟生成过程具有显著影响。　　本文对乙烯和丙烯预混合火焰碳烟生成特性的试验研究为验证碳烟生成机理/模型提供了系统的标准试验数据。
作者：	顾晨
专业：	动力机械及工程
导师：	林赫
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文