氨对苯同轴扩散火焰中碳烟生成特性的影响

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

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

基金资助

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)