摘要
环境污染和全球能源危机的加剧引发了人们对于如何提高燃烧效率、降低污染物排放的思考。高温低氧燃烧目前已被证实是一种高效低污染的新型燃烧技术，燃料在高温低氧的环境中可以实现低NOx排放和高效率燃烧。目前越来越多的工业燃烧炉采用该燃烧技术，碳烟作为环境主要污染物之一，需要降低它的排放，但其又是工业燃烧炉中的主要热辐射来源，它的存在对系统的燃烧效率有着重要影响。因此，在高温低氧环境下燃烧的火焰结构及碳烟生成特性仍需要进一步研究。 为研究燃油在高温低氧环境下燃烧的火焰结构及碳烟生成特性，本研究设计并优化了低氧热伴流燃烧器，通过热电偶测量燃烧器产生的低氧热伴流温度，并在此燃烧器基础上进行相关的燃烧实验。研究以与柴油具有相似十六烷值的正庚烷作为研究目标燃油，液体燃料的预蒸发使得当前的研究可以忽略喷雾发展的复杂性，利用消光法与激光诱导炽光法相结合的方法，可以分析研究燃油在高温低氧环境下的碳烟生成特性。通过利用数码相机捕捉燃烧过程中的火焰结构变化，并据此进行火焰结构变化的分析。 本实验对影响燃油在高温低氧环境下燃烧的因素进行了实验研究，采用单一变量控制法，在其他参数保持不变的条件下分别以产生热伴流当量比、热伴流流速、燃油流量、载气流量和载气类型为变量，进行了相关的燃烧实验。研究发现随着热伴流当量比的增加，火焰整体高度升高，火焰振荡频率增加的同时碳烟生成也显著的大幅度增加，当热伴流当量比过大时，火焰出现间歇结构。当提高热伴流流速时，火焰的高度没有明显影响，但是显著的增加了火焰的振荡频率，其碳烟生成量也有所增加。 正庚烷质量流量的增加使火焰的整体高度升高，碳烟的生成大幅度增加，同时火焰的振荡频率逐渐增加，当正庚烷质量流量过大时，火焰出现间歇结构。在研究载气对碳烟生成特性的影响时发现，载气流量的增加并没有显著的增加火焰的高度和振荡频率，但随着载气流量的增加火焰中碳烟生成量减少。三种载气类型（Ar，CO2和 N2）中，火焰的振荡频率 fN2＞ fAr＞ fCO2，同时在碳烟生成上，在氩气稀释下的生成最多，氮气稀释下生成最少，且三种载气对碳烟抑制的敏感性不同。
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