乙烯/甲醇同轴扩散火焰中碳烟颗粒微观和纳观形貌研究

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收稿日期：2024-12-20 修回日期：2025-01-22 接受日期：2025-02-19

DOI:10.20078/j.eep.20250308

摘要：基于同轴层流扩散火焰实验平台，结合热泳探针取样法与高分辨率透射电镜技术，系统研究了不同甲醇替代率对乙烯/甲醇同轴扩散火焰中碳烟颗粒的微观和纳观形貌的影响。其中，微观形貌主要分析碳烟颗粒物的大小与数量，纳观形貌主要通过分析碳层长度、碳层间距和... 展开+

摘要：基于同轴层流扩散火焰实验平台，结合热泳探针取样法与高分辨率透射电镜技术，系统研究了不同甲醇替代率对乙烯/甲醇同轴扩散火焰中碳烟颗粒的微观和纳观形貌的影响。其中，微观形貌主要分析碳烟颗粒物的大小与数量，纳观形貌主要通过分析碳层长度、碳层间距和碳层曲率研究碳烟颗粒物氧化性的变化。结果表明，随着甲醇替代率的提高，在火焰高度为15 mm下采集到颗粒物逐渐从聚集态碳烟颗粒变为孤立的碳烟基本粒子，纯甲醇或高比例甲醇的扩散火焰中几乎不产生碳烟。在微观形貌方面，随着甲醇替代率的增加，层流扩散火焰中产生的颗粒物初级粒子数量、粒径、分形维数呈现逐渐下降的趋势。主要原因是甲醇替代率的增加，促进燃料中的总含氧量增加，使得燃料燃烧更加充分，进而抑制了碳烟前驱物的生成以及碳烟颗粒物的成核过程和生长过程；在纳观形貌方面，纯乙烯工况下碳烟的基本粒子形状近似为球形，结构为壳状结构，由石墨外壳和无定形内核组成；而在甲醇替代率高的工况下从火焰中取出的碳烟的内部碳层更加松散，弯曲较多。随着甲醇替代率增加，碳烟的碳层长度不断下降、碳层曲率和层间距不断上升，表明碳烟的氧化性增加。本研究为优化燃烧过程、降低碳烟生成提供了参考。 收起-

作者：

刘浩业
刘庆阳
王天友^*

作者简介

第一作者：刘浩业（1989—），男，山东烟台人，教授，主要研究方向为内燃机燃烧及排放控制。E-mail：liuhaoye@tju.edu.cn
通讯作者：王天友（1970—），男，河南信阳人，教授，主要研究方向为内燃机燃烧及排放控制，清洁燃料及新型车用动力技术，内燃机缸内气流运动及混合气形成。E-mail：wangtianyou@tju.edu.cn

单位

天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室

关键字

甲醇
碳烟
微观形貌
纳观形貌
扩散火焰
燃烧优化

基金项目

国家自然科学基金资助项目（52406152）

引用格式

刘浩业, 刘庆阳, 王天友. 乙烯/甲醇同轴扩散火焰中碳烟颗粒微观和纳观形貌研究[J/OL]. 能源环境保护: 1-12[2025-03-25]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250308.

LIU Haoye, LIU Qingyang, WANG Tianyou. Study on the Micro- and Nanoscale Morphology of Soot Particles in Ethylene/Methanol Coaxial Diffusion Flames[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-12[2025-03-25]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250308.

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