氮稀释乙烯燃料中添加2,2,4,6,6-五甲基庚烷对层流非预混平面混合层火焰中碳烟及其气态前驱体的影响研究

这篇研究通过创新的平面混合层火焰（PMLF）模型，探究了航空合成燃料（SATF）关键组分2,2,4,6,6-五甲基庚烷（iC12）对碳烟（soot）及多环芳烃（PAHs）的生成机制。结合激光诱导发射光谱（LIES）和气相色谱-质谱（GC-MS），揭示了iC12掺杂使碳烟体积分数（fv）提升1.5倍、氧化流中颗粒等效直径（d6,3）倍增的规律，为劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的动力学模型提供了实验验证。

　　

亮点

本研究通过新型平面混合层火焰（PMLF）构型，首次系统解析了航空燃料替代组分2,2,4,6,6-五甲基庚烷（iC₁₂）的碳烟生成路径，为清洁燃烧技术提供了关键实验依据。

等效一维对冲火焰（1D-CF）的PMLF模型

图2展示了火焰产物弹性激光散射系数（Q_0,0°,f）与燃料流基准值（Q_0,0°,F）的比值分布。曲线代表1D-CF模型预测的气相组分贡献（Q_0,0°,g），而散点实测值揭示了碳烟颗粒的显著光散射特性——这种自相似结构使得PMLF能用接近零应变率（a）的1D-CF精准模拟。

结论

• 通过弹性光散射技术首次实现了PMLF水平截面应变率的无损测定

• iC₁₂掺杂使PAHs浓度和碳烟体积分数（f_v）同步增长1.5倍

• 在50mm高度处，氧化流中碳烟等效直径（d_6,3）翻倍，而燃料流保持不变

• 25mm高度处的早期碳烟粒径分布不受掺杂影响，表明iC₁₂主要在后期促进颗粒聚合

创新性声明

该工作开创性地将PMLF构型应用于支链烷烃燃烧化学研究，通过多尺度诊断技术（从GC-MS到LIES）捕捉了从气相前驱体到碳烟颗粒的全链条演化，为LLNL动力学模型的优化提供了不可替代的实验数据库。