论文部分内容阅读
为缓解世界能源危机和环境污染的严重压力,寻找新型替代燃料成为目前亟待解决的问题。2,5-二甲基呋喃(DMF)作为一种典型的呋喃类生物燃料,因其具有良好的燃烧特性而被广泛关注。为了能够更好地应用,需要对其进行充分的燃烧诊断分析,以探究其燃烧特性以及污染物的生成规律。碳烟颗粒是化石燃料燃烧的主要污染物,严重威胁着人体健康,研究不同燃烧工况下的碳烟生成特性有助于了解碳烟的生成机理,从而为控制碳烟颗粒的排放提供理论指导。因此,本文主要将DMF分别掺混汽油模型替代燃料(正庚烷和异辛烷)进行旋流和非旋流扩散燃烧,结合高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射仪(XRD)和热重分析仪(TGA)等手段,重点研究旋流燃烧对不同燃烧工况下碳烟颗粒生成特性的影响。首先,对旋流和非旋流扩散燃烧器进行冷态数值模拟,探究旋流对燃料和空气在燃烧反应区域的流动状态以及混合情况的影响。结果表明,与非旋流相比,旋流能够加强空气和燃料在燃烧反应区域的混合程度,有利于燃烧。其次,借助正扩散燃烧实验平台,对DMF掺混正庚烷进行旋流和非旋流正扩散燃烧实验,探究旋流和收集时间对不同燃料工况下碳烟颗粒生成特性的影响。结果表明,随着DMF添加量的增多,碳烟平均产量逐渐增大;添加50%DMF的碳烟颗粒具有典型的核壳微观结构;与非旋流相比,旋流流动提高了空气和燃料的混合程度,燃烧反应更为充分,因而降低添加20%和50%DMF火焰中碳烟颗粒的生成量,并且所获取的碳烟颗粒成熟度较高,氧化活性较弱;收集时间对添加50%DMF的碳烟影响较为明显,随着收集时间的延长,会促进碳烟颗粒石墨化程度的增强。然后,借助反扩散燃烧实验平台,对DMF掺混正庚烷进行旋流和非旋流反扩散燃烧实验,探究旋流和收集时间对不同燃料工况下初生碳烟生成特性的影响。结果表明,纯正庚烷的碳烟平均产量非常低,微观结构以无定型态为主;随着DMF的添加,碳烟平均产量显著提高,其微观结构的有序性程度也有所提高;在旋流的作用下,碳烟颗粒在初生阶段就已经被氧化,导致所获取的碳烟具有较低的氧化活性,这种影响在纯正庚烷的工况下较弱;在所有燃烧工况下,收集时间的延长对初生碳烟生成特性的影响十分微弱。最后,开展DMF掺混异辛烷的旋流和非旋流反扩散燃烧实验研究,结果显示:旋流对其初生碳烟的作用效果与DMF掺混正庚烷的情况相似;此外,正庚烷和异辛烷火焰具有不同结构,并且从异辛烷火焰中所获取的初生碳烟微观结构的有序化程度更高。