乙烯和丙烯預(yù)混合火焰碳煙生成特性試驗研究.pdf

1、發(fā)動機燃燒碳煙模型是設(shè)計與開發(fā)高效清潔發(fā)動機的重要基礎(chǔ)。對乙烯、丙烯等小分子碳氫燃料燃燒過程的碳煙生成特性開展研究是理解碳氫燃料碳煙生成機理、發(fā)展發(fā)動機燃燒碳煙模型的重要方法。碳煙模型的驗證需要準確的基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)。BSS（Burner Stabilized Stagnation）方法是目前國際公認的層流預(yù)混火焰中碳煙粒徑分布、數(shù)密度以及體積分數(shù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要測試方法。本文在建立BSS方法測試標準基礎(chǔ)上，研究了乙烯和丙烯層流預(yù)混火焰中碳

2、煙顆粒的成核和長大過程，對火焰中碳煙顆粒的粒徑分布、數(shù)密度以及體積分數(shù)等重要特征參數(shù)進行了系統(tǒng)地測量，主要研究工作包括：
　?。?）建立了BSS方法的試驗標準。基于BSS方法，系統(tǒng)地分析了燃燒器/多孔塞的尺寸與材料、火焰滯止表面溫度以及火焰保護氣流速等因素對預(yù)混合火焰碳煙生成特性（碳煙粒徑分布、數(shù)密度和體積分數(shù)等）試驗測量的影響。在試驗標準下，不同的研究者在不同的試驗裝置上使用BSS方法測得的碳煙粒徑分布、數(shù)密度以及體積分數(shù)等數(shù)據(jù)

3、吻合地很好。
　　（2）在試驗標準下，采用BSS方法系統(tǒng)地研究了火焰條件（火焰溫度、當量比）對預(yù)混合乙烯火焰碳煙生成特性的影響。試驗結(jié)果表明，預(yù)混合乙烯火焰碳煙粒徑分布具有雙峰性。這種雙峰性分布由核模態(tài)的小粒徑顆粒和凝聚態(tài)的大粒徑顆粒組成。即使在成煙較多（?=2.5）的火焰中，碳煙成核過程也能一直持續(xù)到成煙后期，核模態(tài)顆粒具有較高的濃度。碳煙粒徑分布、數(shù)密度和體積分數(shù)等對當量比和火焰溫度都非常敏感?；鹧鏈囟容^低時，碳煙生成受限于緩

4、慢的成核反應(yīng)動力學(xué)速率；火焰溫度較高時，碳煙生成受限于成核過程的熱力學(xué)可逆性（即碳煙前驅(qū)物高溫?zé)峤猓?。成煙較少時（?=1.8），這種限制性非常明顯；成煙較多時（?=2.5），這種限制性有所減弱。
　?。?）在試驗標準下，采用BSS方法系統(tǒng)地研究了火焰條件（火焰溫度、當量比）對預(yù)混合丙烯火焰碳煙生成特性的影響。試驗結(jié)果表明，預(yù)混合丙烯火焰碳煙粒徑分布具有雙峰性。碳煙粒徑分布、數(shù)密度和體積分數(shù)等對當量比和火焰溫度都非常敏感。成煙較少時

5、（?=1.8），碳煙成核過程的熱力學(xué)可逆性對碳煙生成過程具有顯著影響；但成煙較多時（?=2.07），這種影響很小。
　?。?）對乙烯和丙烯預(yù)混合火焰碳煙生成特性進行了比較，結(jié)果表明預(yù)混合丙烯火焰中碳煙成核與長大速率以及最大碳煙體積分數(shù)均明顯高于預(yù)混合乙烯火焰；乙烯和丙烯預(yù)混合火焰碳煙生成過程均受到碳煙成核過程熱力學(xué)可逆性的影響，但受影響程度差別很大，尤其當?=2.07時，隨著火焰溫度升高，乙烯火焰最大碳煙體積分數(shù)明顯降低，但丙烯火