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层流扩散火焰中碳烟生成与碳烟抑制的实验研究

层流扩散火焰中碳烟生成与碳烟抑制的实验研究

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作者：芦宇航浙江科技大学

学位级别：硕士

化石燃料燃烧产生的碳烟颗粒是严重损害人体生命健康以及破坏生态环境的有害物质。因此,在“双碳”战略目标的背景下,减少化石燃料燃烧过程中碳烟颗粒的排放已成为首要目标。目前在燃烧领域抑制碳烟生成的方法主要有向燃料中添加催化剂... 详细信息

化石燃料燃烧产生的碳烟颗粒是严重损害人体生命健康以及破坏生态环境的有害物质。因此,在“双碳”战略目标的背景下,减少化石燃料燃烧过程中碳烟颗粒的排放已成为首要目标。目前在燃烧领域抑制碳烟生成的方法主要有向燃料中添加催化剂的催化燃烧、将含氧燃料与化石燃料混合的掺混燃烧以及向燃烧场中施加电场或磁场等方法。然而,大多数抑制碳烟生成的方法都需要引入额外的设备或能量。因此,探索更有效、更简单的抑制碳烟方法,并深入研究抑制碳烟的机理具有重要意义。本文主要研究了两种层流扩散火焰中的碳烟生成与碳烟抑制方法。第一个是针对气体燃料乙炔,在乙炔火焰燃烧过程中,从喷嘴出口处会自然形成三阶双翼形碳,其形成能抑制乙炔火焰中碳烟的排放。第二个是针对液体燃料甲苯。当燃烧器喷嘴出口处有突起时,甲苯液滴火焰中也没有碳结构生成。将燃烧的甲苯燃料液滴置于驻波声场的波腹位置,通过改变外加声场的声学参数能抑制甲苯液滴火焰中碳烟的排放。主要得到以下结论:(1)报道了由乙炔扩散火焰形成的具有精细结构的独特大尺寸三阶双翼形碳。在乙炔扩散火焰中,由于不完全燃烧,大量的碳烟首先会自然聚集在燃烧器喷嘴出口处的突起上,然后慢慢演变成具有特定结构的双翼形碳。其演变过程包括三个阶段,第一个双翼(约10分钟)、第二个双翼(约40分钟)和第三个未发育完全双翼(约40分钟)。(2)突起点为三阶双翼形碳的形成提供了生长点。当突起点宽度固定不变时,随着突起点高度的增加,三阶双翼形碳第一阶段出现的时间逐渐缩短。随着乙炔流量的增加,最终生成的双翼形碳的阶数也在增加。且随着三阶双翼形碳的生长,碳烟的抑制效率逐渐提高,最终碳烟抑制效率达到100%。(3)在相同的频率下,碳烟抑制效率随着声压的增大而增大。当频率逐渐增大时,在高频率下想要达到与低频率时相同的碳烟抑制效率所要施加的声压更大。声能与抑制效率具有线性的关系。在低频时,碳烟的抑制效率更好。(4)声学激励能提高甲苯火焰温度。在声学激励下,火焰温度会产生周期性波动,且波动频率与所施加的声学频率一致。火焰温度的波动幅度随着碳烟抑制效率的提高而增大。(5)在相同频率下,火焰刷厚度随着碳烟抑制效率的增加而增大。火焰波动速度越大,火焰震动越强。在相同声学频率下碳烟抑制效率随着火焰波动速度的增加而增加。

关键词：碳烟抑制三阶双翼形碳声学激励扩散火焰

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