Ions Generated from a Premixed Methane-Air Flame: Mobility Size Distributions and Charging Characteristics
Ions Generated from a Premixed Methane-Air Flame: Mobility Size Distributions and Charging Characteristics
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预混合甲烷-空气火焰产生的离子：迁移率尺寸分布和充电特性
DOI：
10.1080/00102202.2023.2203818
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发表时间：
2023
影响因子：
1.9
通讯作者：
Wang, Yang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bagya Ramesh, Chanakya;Wang, Yang
燃烧系统中的化学电离形成两种极性的浓缩离子。将电场和等离子体应用于燃烧系统已被证明可以通过控制离子性质来潜在地减少排放物（例如颗粒物质）。详细的火焰产生的离子特性需要进行表征，以更好地理解和预测这些离子在燃烧和颗粒形成过程中的动力学和作用。在这项工作中，我们使用了一个高分辨率的微分迁移率分析仪（HR-DMA）映射的迁移率和大小分布的正，负离子产生的预混甲烷-空气在大气压下的平火焰。测量在宽范围的化学计量比（0.8至1.2）和燃烧器上方的高度（HAB，7-42毫米）。带正电荷的离子在整个实验条件范围内相对稳定，表现出两种主要模式，一种在1.16 nm，另一种在1.42 nm。对应于1.42 nm的模式显示随着HAB的尺寸逐渐增加，表明烃前体的充电。根据离子的迁移率值，根据经验迁移率-质量关系，计算出离子的近似质量值，并估计了火焰中粒子的带电特性。在这项研究中获得的离子分布和粒子充电特性将提高我们的理解静电相互作用的火焰系统。
Chemical ionization in combustion systems forms concentrated ions of both polarities. Applying electric fields and plasmas to combustion systems has been shown to reduce emissions (such as particulate matter) potentially by controlling the ionic properties. Detailed flame-generated ion properties need to be characterized to better understand and predict the dynamics and roles of these ions in combustion and particle formation processes. In this work, we used a high-resolution differential mobility analyzer (HR-DMA) to map the mobility and size distributions of positive and negative ions generated from a premixed methane-air flat flame under atmospheric pressure. Measurements were conducted over a wide range of stoichiometric ratios (0.8 to 1.2) and heights above the burner (HAB, 7–42 mm). Positively charged ions are relatively stable over the entire range of experimental conditions, showing two major modes, one at 1.16 nm, and another at 1.42 nm. The mode corresponding to 1.42 nm showed a gradual increase in size with HAB, indicating the charging of hydrocarbon precursors. With the mobility values of the ions, we calculated their approximate mass values based on the empirical mobility–mass relationship and estimated the charging characteristics of particles in the flame. The ion profiles and particle charging characteristics obtained in this study will improve our understanding of electrostatic interactions in flame systems.
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