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碳烟是化石燃料在燃烧过程中热解或者不完全燃烧的一种产物,它能提高炉膛内的辐射传热,也能被用来制作轮胎,墨水等。但是它的危害却不容忽视,在碳烟的排出过程中会带走一部分热量,降低燃料的利用率,同时它也对大气污染以及人类健康有着严重的影响。因此,研究碳烟粒子的生成和演化过程对于控制碳烟的排放具有重要意义。本文首先应用CHEMKIN软件模拟乙烯在一维预混状态下燃烧,对比基于两种反应机理(ABF机理与KM2机理)气相小分子和多环芳香烃(PAHs)的浓度分布,通过反应路径分析,找出苯(A1)和碳烟的前驱体多环芳香烃(PAHs)的主要生成路径。结果表明在苯(A1)的形成过程中,乙炔(C2H2)与炔丙基(C3H3-)是重要的中间产物。苯主要是通过C3+C3反应路径生成,还有部分则来自A1-;大分子PAHs的形成主要基于脱氢加乙炔(HACA)过程,但是在KM2机理中,奇碳物质(如C9H7)也有助于芘(A4)的生成。然后,应用算子分裂蒙特卡洛方法(OSMC)对碳烟的生成和演化进行数值模拟,结果表明两种机理都能很好的预测碳烟的数密度与体积分数分布。但是相比ABF机理,KM2机理的预测更接近实验数据。此外,基于上述所得到的PAHs浓度,尝试性使用图形处理器(GPU)进行碳烟成核的并行数值模拟,得到理想的并行效果。另一方面,应用CHEMKIN软件模拟乙烯对冲扩散火焰,对比基于两种反应机理(ABF机理与KM2机理)气相小分子和多环芳香烃(PAHs)的浓度分布。应用算子分裂蒙特卡洛方法(OSMC)对碳烟的生成和演化进行数值模拟,并与实验数据进行对比分析,结果表明两种机理都能很好的预测碳烟的数密度与体积分数分布。从火焰锋面往燃料喷嘴方向,碳烟的数密度逐渐减少;而碳烟的体积分数先增加,在滞止面处由于碳烟的逸出而迅速下降。此外,采用KM2机理模拟不同速度下碳烟粒子的生成和演化,最终得到碳烟的数密度和体积分数分布,结果表明随着速度的增加,碳烟的数密度,体积分数都下降,碳烟区域缩小。分析其粒径分布,结果表明,随着速度的增加,成核过程与长大过程均减慢。