碳?xì)浠鹧嬷谢谔佳醣瓤臻g的碳黑初生和生成極限研究.pdf

1、碳?xì)淙剂鲜悄茉聪M的主要來源之一，碳黑是碳?xì)淙剂显诟蝗紬l件下產(chǎn)生的顆粒物。碳黑顆粒會影響燃燒設(shè)備中火焰?zhèn)鞑ズ蜔嵝?。同時，碳黑對人類健康和環(huán)境有著重要的影響。碳?xì)浠鹧嬷刑己诘纳墒且幌盗袕?fù)雜的物理化學(xué)過程，包括前驅(qū)物形成、碳黑初生、表面長大和氧化等過程。一般認(rèn)為，碳黑生成極限是碳?xì)浠鹧嬷刑己诔跎呐R界狀態(tài)。相對于物理空間和混合分?jǐn)?shù)空間，在碳氧比（C/O）空間下進行分析可以消除對系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)的依賴性，同時不依賴于初始的燃料和氧化劑濃度。因

2、此，在C/O空間下深入研究碳黑的初生和碳黑生成極限對理解碳黑的形成和控制其影響具有重要的意義。
　　本文首先基于詳細(xì)的氣相化學(xué)反應(yīng)機理和碳黑模型，針對富氧C2H4/O2/N2和C2H4/O2/CO2一維對沖擴散火焰，在不同的化學(xué)計量混合分?jǐn)?shù)下（Zst）模擬研究了碳黑的生成。在C/O空間下分析了兩種氣氛下火焰的結(jié)構(gòu)和碳黑的初生以及CO2代替空氣中的N2對碳黑初生的影響。結(jié)果表明在O2/N2和O2/CO2氣氛下，隨著Zst的增加，C/

3、O空間下乙烯對沖火焰的火焰面的位置不變，兩種氣氛下火焰面的C/O分別為0.5、0.53。在C/O空間下，兩種氣氛下隨著Zst的增加火焰中C6H6出現(xiàn)的位置不變，C/O值都為0.47左右。CO2的引入對碳黑初生具有抑制作用。
　　其次，模擬研究了不同Zst下層流伴流乙烯/空氣火焰的碳黑生成極限，并與前人的實驗結(jié)果進行了對比。結(jié)果表明隨著Zst的增加，火焰溫度的最大值逐漸增加，火焰中C2H2的摩爾分?jǐn)?shù)逐漸減少，而OH和O逐漸增多。碳黑

4、生成極限溫度最大值與Zst表現(xiàn)為線性關(guān)系。在C/O空間下，對于乙烯伴流擴散火焰，模擬的碳黑初生C/O和溫度的臨界值分別為0.67、1300K。在C/O空間下，H自由基消失的位置接近碳黑生成極限臨界C/O的位置。
　　最后，在二維伴流擴散火焰中，模擬研究了不同氧氣濃度下碳黑的生成極限。結(jié)果表明隨著氧化劑側(cè)氧氣濃度的提高，火焰的溫度峰值逐漸升高，火焰的高溫區(qū)由火焰的兩側(cè)移向火焰的頂端，火焰中C2H2、OH和O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)峰值逐漸變大，&