Jiahao Wang, Yutao Zhang, Yuhang Yang, et al.
Effect of a metal cage on soot formation characteristics in laminar diffusion flames of ethylene/ammonia: A simple machine structure
.
Combustion and Flame
, 2026, 292: 115184.
论文简介：尽管在目前研究中已经存在许多抑制碳烟生成的方法，但它们都存在着噪音、成本和时间效率等各种缺点。由于这些方法多需额外设备或能量，因此亟需发展更清洁高效的碳烟抑制方法。为此，本文通过层流扩散火焰系统研究了金属笼插入对乙烯/氨气火焰中碳烟的生成特性影响。通过高倍电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱、傅里叶光谱(FTIR)和元素分析(EA)对碳烟纳米结构和物理化学性质进行表征，本文发现，当金属笼与火焰下端接触时(d = 17 mm)，它会降低火焰下端温度且提高火焰上端温度，整体碳烟粒径减小，且在H3和H4高度下碳烟的ID1/IG先降低后增加，微晶长度先增加后降低，这与氨气的抑制现象相似。氨气和金属笼的同时使用可使该现象进一步提升，这表明两者具有较强的协同效应。
重要结论：
本文系统探讨了金属笼与氨掺混对乙烯层流扩散火焰中碳烟生成特性的影响。利用
HRTEM
、
Raman
、
EA
和
FTIR
多种表征手段，对沿火焰中心线不同
高度
处
采集的碳烟颗粒的微观形貌、纳米结构及物理化学性质进行了综合检测与分析。主要发现如下：
(1)、氨气的掺混导致火焰高度增加且火焰温度升高，金属笼的直径对火焰结构和温度产生了显著影响。直径较小的金属笼会降低火焰总体高度，并显著提高无烟区高度。同时，使火焰底部的温度降低超过150 K，火焰高度上升后则会提高火焰温度。在掺混氨气后，火焰温度上升超过300 K。当金属笼d = 20 mm时，它会提高总体火焰高度且略微降低无烟区高度，同时，整体火焰温度降低；
(2)、金属笼抑制了初级碳烟颗粒的生长。在H2、H3高度下，d = 17, 20 mm的金属笼使初级碳烟平均粒径减小；在H4高度下，d = 17 mm的金属笼减小了初级碳烟平均粒径，d = 20 mm的金属笼增加了初级碳烟平均粒径，这表明当金属笼与火焰接触时(d = 17 mm)会促进碳烟氧化阶段的进行，而与火焰无接触时(d = 20 mm)则会抑制该反应的进行。
(3)、氨气和d = 17 mm的金属笼对碳烟的影响都具备一定高度选择性。在H3高度下，氨气与d = 17 mm的金属笼插入可增加La、降低Tf；在H4高度下，La降低而Tf增大。这说明在H3高度时氨气与d = 17 mm的金属笼会使碳烟石墨化程度提高，在H4高度上降低碳烟石墨化程度。D = 20 mm的金属笼则在H3和H4高度中都表现出了对La的增大和Tf的降低，在两个高度上碳烟的石墨化程度都得到了提升。
(4)、此外，本文还发现，d = 17 mm的金属笼插入提高了碳烟C-H 表面官能团的含量，H/C比和O/C比也得到了提升。
