14993.甲烷擴散火焰中碳煙顆粒形貌及力學特性的研究

1、天津大學碩士學位論文甲烷擴散火焰中甲烷擴散火焰中碳煙碳煙顆粒顆粒形貌形貌及力學特性的研究特性的研究StudyontheMphologyFceAnalysisofSootParticlesinaCH4AirDiffusionFlame一級學科：動力工程及工程熱物理學科專業(yè)：動力機械及工程作者姓名：王思文指導教師：宋崇林教授天津大學機械工程學院二零一五年七月I中文摘要中文摘要碳煙顆粒形成機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。為了研究擴散燃燒過程中碳煙顆粒的生成、演化歷程，進一步完善對燃燒顆粒物形成機理的認知，本文基于實驗室甲烷空氣擴散火焰熱泳探針取樣系統(tǒng)，使用原子力顯微鏡（AtomicfcemicroscopyAFM）研究了擴散火焰不同取樣高度（HeightabovetheburnerHAB）碳煙顆粒的三維形貌及力學特性。論文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：通過對AFM圖像的分析，取樣點的碳煙顆粒可反映其在火焰中的形成、演

3、化歷程：單顆粒生長、凝并、團聚和氧化。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)進行了提取分析，研究結(jié)果表明：當HAB從30mm增加到45mm時，單碳煙粒子平均粒徑從8.72nm增加到11.36nm；當HAB45mm時，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