热电偶用于火焰测温及其烟黑沉积过程的模拟研究

摘要

随着我国经济的高速发展，能源供应状况日趋紧张，燃料燃烧产生的环境污染也日趋严重。烟黑是化石燃料燃烧产生的污染物之一，是没有实现的燃料化学能；烟黑颗粒随燃烧排气进入大气环境，从而造成环境污染。烟黑颗粒表面吸附有多环芳烃PAH，具有诱变性与致癌性，从而对人体健康造成不利影响；光化烟雾、酸雨及消光效应也是烟黑对环境的不利影响。因此问题的关键在于掌握烟黑生长的物理化学机理，有效控制烟黑生成、表面生长及表面氧化过程。越来越多的学者通过对烟黑体积份额进行测量来分析烟黑的生成特性。
　　 本文首先介绍了国内外常用的烟黑测量方法及其研究现状，重点阐述了直接取样技术的特点及应用。本文首先在考虑无烟黑沉积时分析火焰辐射及偶丝导热对热电偶测温的影响。根据对轴对称，层流，同向流扩散乙烯-空气火焰的数值模拟结果，获得相应的火焰气体温度场，速度场，火焰辐射分布以及烟黑的容积份额分布。利用求解物体导热的数值计算的方法，对热电偶插入火焰的过程进行数值模拟计算。计算发现在火焰低温区火焰辐射要高于节点的辐射损失，节点温度高于气体温度；对于温度梯度较大的火焰，偶丝导热的影响较大，在火焰低温区偶丝导热使得节点温度高于气体温度，而在火焰的高温区节点温度低于气体温度；对于热电偶不同布置方式下所测的节点温度也是不一样。当热电偶插入含烟黑的火焰中，烟黑颗粒会逐渐粘附在热电偶节点上。本文根据热迁移理论建立相应的计算模型，模拟烟黑沉积热电偶的过程，获得节点温度随烟黑沉积的变化曲线。分析了偶丝导热，烟黑沉积温度，烟黑沉积密度，偶丝直径，烟黑颗粒聚团大小以及热电偶不同布置方式下对烟黑沉积节点温度相应的影响。