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碳氢燃料因不完全燃烧产生的碳烟颗粒对人体和环境都有巨大危害。碳烟的生成导致热损失增加、燃料燃尽率下降,同时污染大气环境,影响人们身体健康。氢气作为清洁燃料,燃烧产物为水,氢与其他燃料混合燃烧能够有效降低污染物的生成。本文将氢气与甲烷和乙烯等碳氢燃料不同比例混合燃烧作为研究对象,研究氢气对碳烟生成的影响。本文对碳氢燃料燃烧火焰温度进行了测量,采用消光法测量了碳烟的浓度分布,并采用毛细管取样法对火焰不同高度中心位置处的碳烟颗粒进行收集,通过傅里叶红外光谱仪、拉曼分析仪、场发射扫描电镜等设备,对碳烟颗粒沿火焰轴向方向官能团的变化规律和石墨化程度的演变过程进行了研究,分别获得了不同掺氢比例下,甲烷和乙烯火焰中碳烟的生成特性。甲烷火焰掺混氢气后,火焰不同高度中心位置处的温度略有上升,掺氢比为10%、20%和30%时火焰中心温度分别较纯甲烷火焰上升27.08K、25.91K和33.66K;相同掺氢比下,掺氢乙烯火焰分别比纯乙烯火焰升高28.98K、19.12K和4.14K,掺混后的温度增幅没有甲烷明显。未掺混氢气时,乙烯火焰碳烟峰值浓度为6.38ppm,掺氢比为10%、20%和30%时,峰值浓度分别降为6.21ppm、6.14ppm和5.99ppm,浓度的截面积积分Fv值随掺氢比的增加逐渐降低。掺混氢气前后,甲烷和乙烯火焰产物均包含芳香族官能团、脂肪族官能团和羰基官能团。火焰中心位置处脂肪族官能团的相对含量沿火焰高度方向均呈现先升高后降低的趋势,表明在火焰高度方向上,呈现主导地位由表面生长逐渐向高温氧化的转变。掺混氢气后,在相同火焰高度位置上,甲烷和乙烯火焰羰基官能团的相对含量较未掺混时均有明显增加,但增幅不同。掺混氢气后,甲烷火焰中的芳香族官能团含量较未掺混时上升明显,乙烯火焰芳香族官能团相对含量较未掺混时明显降低,表明氢气对两种燃料燃烧时的影响存在差异。在甲烷和乙烯火焰中,表征颗粒石墨化程度的AD1/AG值沿高度方向均呈先降低后升高的趋势,表明颗粒历经了石墨化程度降低后升高的过程,但是两种火焰AD1/AG差别明显,意味着两种火焰生成的碳烟颗粒石墨化程度不同。随着高度的增加,碳烟形貌沿高度方向依次出现球状、多球团聚状、簇状、纤维网状的结构,此演变过程与碳烟颗粒的成核、碰撞凝并和氧化过程对应。甲烷掺氢比为10%和20%时,低火焰区的碳烟颗粒较未掺混氢气时出现团聚提前的现象,但是掺氢比例为30%时,团聚提前的现象并不明显;火焰下游区域形貌在掺混氢气后更为致密、成熟,且随着氢气量的增加这种现象更加明显。乙烯火焰低火焰区并未发现团聚提前的现象,火焰下游区域颗粒形貌变化不大。