[发明专利]一种通过添加O3和CH3OH获得稳定冷焰的方法

摘要

本发明为一种通过添加O₃和CH₃OH获得稳定冷焰的方法，目的在于提出一种具有燃料适用性的冷焰稳定方法，为进行冷焰结构、温度和组分浓度的测量提供条件，为研究冷焰产生、消亡及波动规律奠定基础。同时，通过调整O₃和CH₃OH的比例来控制燃烧过程。

主权项

一种通过添加O₃和CH₃OH获得稳定冷焰的方法，其特征在于：为观察冷焰结构及测量燃烧过程中自由基的浓度变化，本发明采用对冲扩散的燃烧方式；氧化剂中O₃加入后通过反应向系统提供活跃的O自由基，加快燃料(RH)的脱氢进程，缩短形成燃料的自由基(R)所需的诱导期时间，随后燃料自由基(R)与氧气的反应，更快地进入燃料的低温氧化阶段，加速燃烧的化学动力学过程；合理的选用O₃和CH₃OH的比例可以控制低温氧化过程，稳定冷焰；使用激光诱导荧光技术(LIF)测量火焰温度分布及O和OH自由基的浓度分布；测量自由基浓度的方法为：当激光通过燃烧火焰时，调整激光的输出频率，使之和待测原子或分子的某一上下能级之间的共振跃迁频率相同，通过共振吸收将待测分子从某一电子基态激励到某一激发态，激发态的粒子向下跃迁，产生荧光信号，通过对该荧光成像获得燃烧区域自由基浓度的二维空间分布信息；测量火焰温度时选用OH基作为待测的分子，使用双波长测温法，获得OH自由基产生的荧光信号，将所得荧光信号强度相比约去浓度和荧光淬灭效应的影响，然后根据不同转动能级量子数分布所满足的波耳兹曼分布律得到温度分布；根据本发明设计的对冲扩散火焰燃烧室由燃料喷嘴6和氧化剂喷嘴9组成，喷嘴周围管道中的N2作为燃烧过程的保护气；燃料(庚烷、辛烷、二甲醚、葵酸甲酯等)、抑制剂(甲醇)和预热后的氮气分别通过各自进口1、15、14注入恒温预热的汽化室3，汽化之后燃料/抑制剂/氮气混合物进入实验台上部的燃料喷嘴6中。实验中采用高纯度的氧气作为氧化剂，通过进口13进入管道，当需要向实验中添加臭氧时，关闭图中氧气管路中的旁路阀12，则氧气通过臭氧发生器11产生一定浓度的臭氧，并与剩余氧气混合进入实验台下部的氧化剂喷嘴9；混合物出口设有对应的温度测点5，在实验过程中，采用PID控制器控制上部燃料喷嘴和下部氧化剂喷嘴的出口混合物的温度。臭氧的浓度通过臭氧发生器前后氧气的浓度进行换算得到，氧气浓度由浓度测点10测得；物质流量通过管路中的阀门进行调节，各物质的管道出口均设有流量测点2；CCD摄像机13显示冷焰的图像，LIF激光束14测量冷焰中心区的温度分布以及O和OH自由基的浓度分布；根据燃料的种类，不同的分子结构，调节O₃和CH₃OH的比例控制氧化燃烧过程，得到稳定的冷焰。