發(fā)布時(shí)間：2021-06-07 14:00

　　采用熱泳取樣技術(shù)獲取了甲烷/空氣擴(kuò)散火焰中不同高度的碳煙顆粒,并通過原子力顯微鏡研究了碳煙顆粒的三維形貌隨火焰高度變化的演變規(guī)律.研究所選高度下碳煙微粒的三維形貌反映出了碳煙微粒在擴(kuò)散火焰中形成的各個(gè)過程,即成核、表面生長、團(tuán)聚和氧化.當(dāng)火焰高度HAB從30,mm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)HAB>45,nm時(shí),單碳煙粒子平均粒徑逐漸降低;單碳煙粒子的球度比主要分布在0.01⁰.30之間,表明這些碳煙粒子的碳化程度較低,呈類液態(tài);球度比隨著顆粒體積當(dāng)量直徑的增加而增加,且隨著HAB的增加球度比隨體積當(dāng)量直徑的增加速率變快,說明單碳煙粒子碳化程度與顆粒大小和火焰高度相關(guān). 

【文章來源】：燃燒科學(xué)與技術(shù). 2016,22(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意

一個(gè)樣品的掃描，將原子力探針浸泡于無水乙醇中，以去除探針尖端污染物，避免探針尖端污染物對(duì)下一個(gè)樣品掃描造成的形貌偏差．雖然放大倍數(shù)越高的測試圖片清晰度越高，能夠顯示更加細(xì)小的微觀形貌細(xì)節(jié)，但是電機(jī)噪聲和電子反饋又對(duì)放大倍數(shù)有所限制；同時(shí)，為了增加樣本統(tǒng)計(jì)結(jié)果的可信度又需要使掃描范圍更大，以使更多的樣品得到掃描分析，因此，本文選擇的掃描范圍為1,000,nm×1,000,nm[11]．碳煙顆粒的三維微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)是通過圖像處理軟件(SPIP，ImageMetrology)來獲得的．2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1三維形貌圖3是不同火焰高度下通過熱泳取樣裝置獲得的碳煙顆粒三維微觀形貌圖．這些不同火焰高度下的碳煙顆粒三維形貌能夠反映出甲烷/空氣擴(kuò)散火焰中火焰溫度和顆粒成熟程度對(duì)碳煙顆粒三維微觀結(jié)構(gòu)和形貌的影響．從圖3(a)和圖3(b)可以看出，當(dāng)HAB從30,mm增加到38,mm時(shí)，絕大部分碳煙顆粒的三維結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)為孤立的扁平狀單粒子，并且，隨HAB的增加，碳煙顆粒明顯長大，說明碳煙顆粒在這個(gè)階段以單粒（a）火焰高度為30mm（b）火焰高度為38mm（c）火焰高度為45mm（d）火焰高度為50mm（e）火焰高度為60mm圖3不同火焰高度碳煙顆粒AFM三維形貌

揮τ迷諤佳炭帕５奈⒐坌蚊慚?究中[12-13]．本文基于McKenna擴(kuò)散燃燒器產(chǎn)生特定燃燒反應(yīng)條件下的甲烷擴(kuò)散火焰，運(yùn)用自行開發(fā)的熱泳探針取樣系統(tǒng)對(duì)不同火焰高度處的碳煙微粒進(jìn)行取樣，并結(jié)合AFM分析了甲烷/空氣擴(kuò)散火焰高度對(duì)碳煙微粒微觀立體結(jié)構(gòu)及三維形貌的影響規(guī)律．本文的研究結(jié)果將為燃燒反應(yīng)中碳煙微粒演化機(jī)理的認(rèn)知及燃燒源排放顆粒物控制技術(shù)的發(fā)展提供有益的參考．1實(shí)驗(yàn)裝置與方法1.1取樣系統(tǒng)研究是在課題組已建立的McKenna平面擴(kuò)散火焰燃燒分析系統(tǒng)上進(jìn)行的，該系統(tǒng)能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的擴(kuò)散火焰，如圖1所示．實(shí)驗(yàn)中甲烷、空氣和氮?dú)獾倪M(jìn)氣流量分別設(shè)定為0.42,L/min、36,L/min和20,L/min，由CS200A質(zhì)量流量控制器進(jìn)行流量控制．燃燒器出口溫度由恒溫水箱進(jìn)行冷卻，恒定在25,℃．光學(xué)位移臺(tái)用來調(diào)節(jié)燃燒器的垂直高度(定位精度為±0.02,mm)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火焰不同高度處碳煙顆粒的取樣，火焰高度(heightabovetheburner，HAB)是指取樣位置到燃燒器出口處的垂直距離．圖1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意碳煙顆粒的取樣是基于熱泳取樣原理[14]來完成的．如圖1所示，云母基片由探針固定，通過直線電缸來控制鑷子進(jìn)入、滯留和退出火焰的時(shí)間．如果取樣系統(tǒng)在火焰中的滯留時(shí)間過長，將會(huì)導(dǎo)致云母片表面碳煙顆粒的化學(xué)反應(yīng)難以瞬間淬熄；過短則難以取到足夠多的碳煙顆粒，因此本研究根據(jù)文獻(xiàn)[14]提出的公式計(jì)算來決定云母片在火焰中的滯留時(shí)間．1.2溫度測量火焰不同高度處的溫度是采用B型鉑銠熱電偶來測量的，結(jié)合溫度顯示儀表，可以實(shí)時(shí)地顯示和記錄被測量位置處的火焰溫度．其中熱電偶絲直徑約為0.3,mm，焊點(diǎn)直徑約為0.5,mm．通過直線電缸進(jìn)給裝置控制熱電偶快速插入、離開火焰，以降低熱電偶在火焰中的曝光時(shí)間，減少碳煙積聚．同

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]CH4-O2預(yù)混火焰中溫度對(duì)碳煙納觀結(jié)構(gòu)及形貌的影響[J]. 宋崇林,洪亮,汪曉偉,李政,陳男,張仲榮.  燃燒科學(xué)與技術(shù). 2013(02)



本文編號(hào)：3216709