文 献 综 述
1. 引言
随着科技水平的不断提升，能源与环境问题日益突出，如今已成为制约社会发展的重要因素之一。在燃烧领域，对于碳烟生成的研究近年来成为了研究热点。碳烟的主要产生来源包括柴油发动机、燃油发电厂、燃气轮机和汽油直接喷射发动机等，生成的碳烟内部含有许多有害颗粒物和多环芳烃[1]，对环境和人身健康造成了极大危害[2]。碳烟排放也被确定为全球变暖[3]的重要因素。 因此，从根本上理解和控制实际燃烧装置的碳烟排放至关重要。
不同种类的燃料燃烧时表现出的状态和性质均有差异，燃烧时的环境因素与掺混物质也会影响燃烧状态。为了研究燃料燃烧时碳烟何时会生成的问题，引入了碳烟生成转捩点的研究。该点为燃烧过程中碳烟开始出现的时间点，研究此点可以进一步明确碳烟生成机理，进而推断出碳烟成核过程。
乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，其燃烧过程具有很高的研究价值。目前国际上对乙烯火焰碳烟的研究主要集中在碳烟生成、产物浓度等方面。通过对乙烯燃烧过程的分析，可以更进一步得出碳烟生成机理，更深入地剖析碳烟生成转捩点情况，以获得降低碳烟排放和有利于环境保护的新方法。乙醇作为一种十分常见的燃料，具有增氧性好、溶解性好、燃烧充分、吸水性强的特点，二甲醚作为其同分异构体，在燃烧反应时中间产物却与乙醇具有显著差异[4]。因此，乙醇和二甲醚的燃烧过程非常具有研究价值，目前国际上已有多位科研人员对其展开研究，获得了丰富的成果。
2. 乙烯燃烧碳烟生成特性的相关研究
乙烯燃料已被广泛用于碳烟研究[5,6]，在火焰结构方面， Figura等人[7]研究了C2H4/N2/O2对冲扩散火焰在压力高达2.5MPa时的结构。他们用毛细管探针对沿火焰中心线采集的样品进行GC-MS分析，测定了主要物种的浓度、并将数据与计算模型的结果进行了比较。该研究建立了一种模型，该模型很好地符合了初始乙烯中OH或H中H的消耗过程，特别是在高压下的放热氧化反应过程中，其中主要消耗OH。进一步的，Carbone等人[8]通过在燃料流中逐步添加氧气，同时保持恒定的峰值温度和混合物化学分数来干扰常压乙烯扩散火焰。该研究得到的部分预混火焰呈现了一个区分度良好的双火焰结构，在预混火焰区和扩散火焰区之间夹有一个细微的碳烟生成区。他们用两种详细的化学动力学机制对测量与计算结果进行了比较，结果表明，一旦通过燃烧器内流动的二维建模适当地确定了速度边界条件，主要物种就会表现出很好的一致性。Carbone 等人[9]进而研究了压力对碳烟生成时预混对冲乙烯火焰结构的影响。他们在常压8倍的条件下对碳烟生成时乙烯火焰的火焰结构展开研究，此时同样产生了双火焰结构，预混火焰区内含有的大量的CO和H2在扩散火焰区内燃烧，在两区域间同样检测到碳烟生成区。该研究利用C6H6作为火焰碳烟负荷的标志，在部分预混条件下，8倍的压力导致C6H6浓度的大幅度增加。
3. 碳烟生成转捩点的研究
Ergut 等人[10,11]对一维、层流、常压乙苯火焰在碳烟生成转捩点附近不完全燃烧产物的演变过程进行了研究。在三个不同温度火焰的检测中，温度最低的火焰碳烟量很低，中间温度的火焰可见初生碳烟，最热的火焰无碳烟产生。燃烧产物在这些火焰中的不同高度取样。发现CO和CO2的摩尔分数随火焰温度的升高而增加，同样，检测到多环芳烃和含氧芳烃的浓度在温度最低的火焰中均最高。Ergut 等人[12]在上述成果的基础上继续研究了一维、层流、常压乙苯火焰在碳烟生成转捩点下的燃烧产物。该研究通过探针取样，测定了文献[10]中三种火焰中的固定气体、轻烃和多环芳烃的浓度，然后进行GC分析，并详细给出了各种物质的摩尔分数分布。此外，Therrien 等人[13]研究了在碳烟生成转捩点下五种不同的一维、层流、常压、预混乙醇/乙苯火焰。他们研究了乙醇/乙苯混合燃料中混合比例对等温度预混一维火焰临界当量比的影响，还研究了固定气体、轻挥发烃、多环芳烃、含氧烃和碳烟的分布。并在火焰中的三个位置对固定气体和烃类化合物进行直接取样，通过与质谱相联系的气相色谱进行分析。Joo 等人[14]利用光散射技术，对丙烷/乙烯燃料对冲扩散火焰的碳烟生成转捩点进行了实验研究。该实验结果表明，火焰温度和燃料类型是决定碳烟生成转捩点的关键因素。在无碳烟生成的火焰中，碳烟生成转捩点的火焰温度和丙烷比的表现为非线性关系；在有碳烟生成的氧化火焰中，碳烟生成转捩点与燃料类型和燃料混合比表现为相对独立关系。Wang 等人[15]进一步研究了应变速率对各种气态烃燃料对冲扩散火焰中碳烟转捩点的影响。该研究通过改变燃料和氧化剂流中的氮气稀释情况，得到了应变速率对各种气态烃燃料对冲扩散火焰中碳烟生成转捩点的影响。Tang 等人[16]通过对火焰黄色光度的定性视觉观察研究了当量比和温度以及燃料的结构对乙烯、丙烷和乙烯/甲苯火焰的碳烟生成转捩点的影响，并通过扫描粒子筛定量地直接测量了初生碳烟的颗粒尺寸。
4. 乙醇、二甲醚燃烧特性方面的相关研究
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