氨对苯同轴扩散火焰中碳烟生成特性的影响

余荣浩, 徐义书, 成晓北, 张凯

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燃烧科学与技术 ›› 2025, Vol. 31 ›› Issue (03) : 311-321.

氨对苯同轴扩散火焰中碳烟生成特性的影响

  • 余荣浩, 徐义书, 成晓北, 张凯
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摘要

芳香烃是汽油、柴油、航空燃料中的重要组成部分,同时芳香烃存在成碳倾向大等问题.通过热泳采样结合透射电子显微镜(TEM)以及图像数据提取方法探究了氨/苯同轴扩散火焰中碳烟形态以及粒径变化规律,同时使用化学动力学模拟对氨/苯火焰中多环芳烃(PAH)生成反应路径进行分析,最后使用虚拟氨气对化学效应和热效应进行解耦.结果表明,掺氨后火焰可视化高度增加,火焰上游淡黄色区域延长.同时,平均峰值粒径减小,掺氨比例为40%时,峰值平均颗粒粒径由36.81 nm降为34.71 nm,降幅为5.70%.氨气的加入消耗了反应体系中更多H自由基,固定部分有效C原子,H、C2H2、C3H3、PAH等组分浓度降低.PAH主要生成、生长路径A1-+A1=P2+H以及HACA反应受到抑制.与整体化学效应相比,热效应主导了对火焰中各组分的抑制作用.化学效应可分为燃烧温度效应以及额外路径效应,两者相互制约,整体表现出对各组分浓度的促进作用.在火焰上游,掺氨所引起的热效应主导了碳烟成核、生长过程的延缓.火焰中下游,燃烧逐渐剧烈,燃烧温度效应与热效应竞争下,额外路径效应导致了对碳烟生长的抑制作用,最终使火焰中的峰值平均颗粒粒径减小.

关键词

/ 芳香烃 / 同轴扩散火焰 / 碳烟 / 颗粒粒径 / 化学效应 / 热效应

中图分类号

X701 / TK16

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余荣浩, 徐义书, 成晓北, 张凯. 氨对苯同轴扩散火焰中碳烟生成特性的影响. 燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 311-321

基金

工信部高技术船舶科研项目“奥托循环氨燃料发动机燃烧关键技术研究”; 国家自然科学基金面上项目(52476116)

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