基于同步辐射光电离质谱的常压层流预混火焰实验平台研制

燃烧在工业、国防和日常生活中无处不在，在世界能源消耗的总量中，约85%的能量是由燃烧提供的。燃烧是化学反应与流动的结合，其传质、传热、污染物生成过程均与化学反应密不可分，因此燃烧反应动力学模型的发展是解决上述问题的关键。而燃烧动力学模型精确与否与燃烧诊断技术的发展密不可分。.本项目将建设一台常压层流预混火焰实验平台，主要包括燃烧室、电离室和一台基于同步辐射真空紫外（VUV）光电离的反射式飞行时间质谱仪，可用于碳氢燃料、生物质燃料和含氮燃料的常压燃烧化学结构研究。在定性方面，可以检测活性燃烧物种、区分同分异构体并鉴别多环芳烃；在定量方面，可以测量火焰中反应物、中间体和产物的绝对浓度（摩尔分数）随燃烧炉轴向的变化曲线。此外，将根据国家需求，针对航空替代燃料的研究热点，对重要的直链烷烃、环烷烃、芳香烃组分开展常压层流预混火焰实验研究。

燃烧在工业、国防和日常生活中无处不在，在世界能源消耗的总量中，约85%的能量是由燃烧提供的。燃烧是化学反应与流动的结合，其传质、传热、污染物生成过程均与化学反应密不可分，因此燃烧反应动力学模型的发展是解决上述问题的关键，而燃烧动力学模型精确与否与燃烧诊断技术的发展密不可分。. 本项目建设了一台常压层流预混火焰实验平台，主要包括燃烧室、电离室和一台基于同步辐射真空紫外光电离的反射式飞行时间质谱仪，可以用碳氢燃料、生物质燃料和含氮燃料的常压燃烧化学结构研究。在定性方面，可以检测活性燃烧物种、区分同分异构体并鉴别多环芳烃.实验中，在火焰中测量到了一批以前测不到的自由基和活泼分子，比如在乙烯火焰中测到了H、O、OH、CH2自由基，以及一系列过氧化物。这是首次用质谱方法在真实的火焰中观测到这些极其活泼的自由基。在定量方面，测量了火焰中反应物、中间体和产物的绝对浓度随燃烧炉轴向的变化曲线，在此基础上，借助高精度量化计算、速率常数计算、动力学模型发展等手段，构建了小分子燃料、生物燃料、环烷烃燃料以及芳香烃燃料等的机理。研究结果将解决前人实验验证中微观燃烧化学结构数据严重缺乏的问题，同时揭示压力效应对燃料模型的影响。发展的机理将为实用运输燃料的燃烧模型发展等基础燃烧研究和内燃机、燃气轮机等实用动力设备的优化设计提供理论支持。