发动机排放的颗粒物的主要成分是碳烟(Soot)。碳烟是PM2.5的主要成分,对气候变化和人体健康具有显著的影响与危害。因此,降低或消除发动机碳烟生成与排放,降低发动机源头PM2.5排放,是解决大气PM2.5问题的重要方面。目前,在发动机领域,主要通过缸内燃烧控制(均质压燃、燃料设计、喷油策略等)和尾气后处理技术(柴油颗粒过滤器DPF和汽油颗粒过滤器GPF)降低碳烟生成与排放。发动机燃烧碳烟模型是预测缸内燃烧碳烟生成的基础,可为优化缸内燃烧、降低发动机碳烟生成提供重要指导。发展碳烟生成机理/模型的一个重要基础是对碳烟成核与长大过程的特征参数(碳烟粒径分布、数密度和体积分数等)进行准确和直接地试验测量。这不仅可以验证碳烟生成机理/模型的准确性,也可以为碳烟生成机理/模型的发展提供指导和参考。汽油和柴油在燃烧时首先裂解成小分子碳氢化合物,主要由乙烯,丙烯,甲烷,乙烷和丙烷等组成。在过去的十年中,对于这些基本烃类小分子的碳烟生成机理研究已经取得了重大进展。然而,在实际燃料的燃烧过程中,参与反应的并不是单一的小分子烃,而是它们的混合物。所以研究小分子碳氢燃料混合对碳烟生成的影响十分重要,其中最有意思的特征之一是协同效应。协同效应是指,在同等条件下,混合燃料会比单一燃料产生更多的PAH和碳烟。本文以当量比为1.9、模拟最高火焰温度为1727 K的乙烯预混火焰为基准,在燃料中分别掺混5%、20%和35%摩尔分数的甲烷,保持未燃气体当量比和最高火焰温度不变,采用稳定滞止(Burner Stabilized Stagnation,BSS)火焰小孔采样结合扫描电迁移率粒径谱仪(Scanning Mobility Particle Sizer,SMPS)的实验方法,在不同火焰高度上定量测量其生成碳烟颗粒的粒径分布(Particle Size Distribution Function,PSDF),探究掺混甲烷对乙烯预混火焰成烟特性的影响。实验发现,随着甲烷掺混比的增加,生成碳烟颗粒的成核与长大速度越来越小,碳烟总体积分数也越来越小,多环芳烃(芘)的浓度计算结果与实验结果相吻合。在所研究的预混火焰工况条件下,乙烯与甲烷之间并不存在协同效应。