激光旋钮控制的微尺度燃烧

Conventional combustion control is essentially switch control. Based on the continuous dynamic process described by the Arrhenius equation, combustion has the possibility of continuous control in theory. We will study the "micro-scale combustion controlled by laser knobs", i.e. controlling micro-scale combustion continuously with laser, to achieve dynamic controlling processes of unburned fuel - cool flame - hot flame. The research includes: controlling the micro combustion to change continuously with the laser knob and obtaining multiple combustion state, detecting and analyzing the flame information such as: temperature, characteristic spectra, intermediate products at each micro-scale combustion states with experimental methods of combustion diagnosis; studying the dynamic balance between micro-scale environment inhibition and laser ignition; analyzing the transformation of the reaction paths during the control of micro-scale combustion; obtaining the relationship between laser knob and micro-scale combustion state. The final purpose of the study is to find a new method of combustion control, to update the definition and concept of combustion, and to provide theoretical and experimental basis for the new combustion research hotspots possibly in the future.

传统的燃烧控制本质上是开关控制，基于Arrhenius方程所描述的连续动力学过程，燃烧在理论上存在连续控制的可能。申请团队将对“激光旋钮控制的微尺度燃烧”加以研究，即：利用激光对微尺度燃烧进行连续控制，实现未燃-冷焰-热焰的连续动态调节。研究内容包括：使用激光旋钮控制微燃烧连续演变并形成不同燃烧状态，使用燃烧诊断技术对各个微燃烧状态的温度、特征光谱、中间产物等信息加以检测和分析；探索微环境抑制和激光激发之间的动态平衡；分析微燃烧调节过程中的反应路径演化历程；获得激光旋钮控制与微燃烧状态的耦合关系。研究旨在寻求新型燃烧控制方式，拓展燃烧的概念边界，为未来可能形成新的燃烧学研究热点提供理论和实验依据。

燃料微火焰燃烧是一个复杂的过程，激光功率、点火延迟时间、燃烧速率、燃烧温度、颗粒动力过程等燃烧特性受多种因素影响。掌握这部分物质的微火焰燃烧动力过程，从而通过外界扰动干预微火焰燃烧过程，对优化燃烧和改善环境均带来长远利益。本项目以多种碳氢燃料和纳米液体为对象，热物理分析方法和图像智能识别等方法建立其物质理化特性。并对其燃烧产物进行二次分析，从而形成微火焰燃烧首尾理化特性参照。最终探索燃烧状态动力学机制的动态机理，建立燃烧动力学变化过程的细节，并进一步形成相应的多级裂解的反应动力学模型，从而建立了多阶段微火焰燃烧理论。通过寻求新型微火焰燃烧控制方式，拓展燃烧的概念边界，为实现燃料微火焰燃烧性能的提高提供数据与理论支撑。.通过对碳氢燃料液滴微火焰燃烧进行实验，液滴初始粒径越大，液滴点火延迟时间越长。初始粒径0.5mm的纳米流体燃料液滴燃烧过程特殊，液滴点燃前即出现微爆现象，一直持续到液相成分燃烧殆尽。添加油酸和不同粒径铝颗粒后，铝颗粒浓度为2.5和5.0wt.%的燃料液滴点火延迟时间变化较小，铝颗粒浓度为7.5wt.%的燃料液滴点火延迟时间总体上随铝颗粒粒径增大而增大。.探究了正庚烷以及异辛烷微火焰火焰所获取的初生碳烟的生成特性，同时研究了两者初生碳烟颗粒火焰结构、产量、微观结构、石墨化程度以及氧化活性的影响规律。通过比较纯正庚烷和纯异辛烷的碳烟生成特性，结果表明，碳烟的形貌和微观结构具有明显差异，异辛烷碳烟的微观结构有序化程度更高一些，且微观结构的差异主要体现在微晶曲率上。.对正庚烷以及异辛烷微火焰初生碳烟的微观特性进行了图像学分析，建立形貌特征与燃料种类间的关联机制。通过比较不同燃料的微火焰产物碳烟特征发现，其图形学结构有明显的区别。为通过产物特征判断微火焰燃烧反应物和反应中间物的碳氢结构关联提供了依据。进一步建立微火焰燃烧过程当中不同燃料的裂解过程模型，从而对既有液滴模型进行扩展，获得燃料微火焰阶段性反应过程机制的动力学模型，建立多段微火焰燃烧的理论。