氨/甲苯层流扩散火焰中碳烟形态及纳观结构演变的实验研究

摘要

芳香烃是汽、柴油的重要组成部分，也是碳烟生成的重要前驱体．选取甲苯表征芳香烃类组分，通过热泳取样、透射电子显微镜(TEM)观察及图像数据提取方法探究了氨/甲苯层流扩散火焰中碳烟形态、纳观结构的演变规律．结果表明，掺氨降低了火焰上游温度，延长了甲苯燃料裂解所需时间，延缓了碳烟的成核、生长过程，初级颗粒平均粒径减小．但同时，掺氨提高了火焰峰值温度，形成团聚颗粒所需的过程被缩短．掺氨比例达40%时，峰值平均颗粒粒径减小9.87%．此外，掺氨缩短了碳烟的微晶长度、增大了微晶曲率以及层间距，纳观结构变得更加无序，碳烟氧化的可能性增加．对比脂肪烃燃料，甲苯火焰中的峰值平均颗粒粒径最大，掺氨后降幅最低．每掺混1%氨气，甲苯火焰中峰值颗粒粒径的降幅仅为0.2%～0.3%，远低于正癸烷和正庚烷的0.6%和0.9%．芳香烃燃料形成多环芳烃(PAH)的路径更短，碳烟生成倾向更大，掺氨对于芳香烃火焰中碳烟生成的抑制作用小于脂肪烃燃料．

关键词

甲苯 / 氨 / 层流扩散火焰 / 碳烟 / 结构演变

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52476116); 高技术船舶科研资助项目“奥托循环氨燃料发动机燃烧关键技术研究”; 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室开放课题资助项目(MINYSKL202303)