【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)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(guò)程中碳煙顆粒的生成、演化歷程,進(jìn)一步完善對(duì)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(Atomic force microscopy,AFM)研究了擴(kuò)散火焰不同取樣高度(Height above the burner,HAB)碳煙顆粒的三維形貌及力學(xué)特性。論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:通過(guò)對(duì)AFM圖像的分析,取樣點(diǎn)的碳煙顆粒可反映其在火焰中的形成、演化歷程:單顆粒生長(zhǎng)、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(duì)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45 mm時(shí),單碳煙粒子平均粒徑從8.72 nm增加到11.36 nm;當(dāng)HAB45 mm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(Sphericity ratio,SR)主要分布在0.01-0.30之間,表明這些碳煙粒子的碳化程度較低,呈近液態(tài)(liquid-like)。SR隨著顆粒體積當(dāng)量直徑(Equivalent volume diameter,ED)的增加而增加,且隨HAB的增加,SR隨ED的增加趨勢(shì)更明顯,說(shuō)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0.464-0.484和0.671-0.694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(Average attractive force,AF_(at))分布于2.22nN-2.65 nN之間,且隨HAB的增加,AF_(at)逐漸減小。碳煙粒子與探針間范德華力(Van der Waals force,Fvdl)數(shù)值介于1.89 nN到2.18 nN之間。不同HAB下,F_(vdl)與AF_(at)的比值處于0.71-0.90之間,說(shuō)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(Average adhesive force,AF_(ad))隨HAB的增加由12.1 nN逐漸增加到17.3 nN,而AFad值大約是AF_(at)值的5到7倍。單碳煙粒子與探針之間的平均粘附能隨HAB的增加而逐漸增加,當(dāng)HAB=30 mm時(shí),達(dá)到最小值1.11×10~(-16)J;在HAB=60 mm時(shí),達(dá)到最大值2.11×10~(-16)J。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK16

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本文編號(hào)：2561195