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J. Chim. Phys.
Volume 94, 1997
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Page(s) | 1659 - 1673 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/jcp/1997941659 | |
Published online | 29 May 2017 |
Measurement of soot volume fraction and gaseous species concentrations in premixed N-heptane and iso-octane flames
Laboratoire de combustion et systèmes réactifs, CNRS et université d’Orléans, 1C, avenue de la Recherche Scientifique, 45071 Orléans cedex 2, France.
The main objective of this work was to correlate in n-heptane and iso-octane flames the soot volume fraction and the mole fraction of benzene and its precursors. Both series of measurements were performed in premixed laminar flames stabilised at atmospheric pressure on a flat flame burner. Soot volume fraction profiles were derived from attenuation of a 670 nm Helium-Neon laser beam. Species concentration profiles were obtained by Gas Chromatography analysis of samples withdrawn with fine quartz microprobes. Species analysed (benzene, acetylene, allene, propyne, vinylacetylene) exhibit a maximum prior the onset of soot formation. Additional gas species measurements were performed in the sooting region. A wide range of equivalence ratio was investigated : from 1.5 to 2.24 for n-heptane and from 1.5 to 2.16 for isooctane flames. Results show that the soot volume fraction is strongly correlated to the local acetylene concentration. On the other hand, no correlation is observed with benzene since for a given equivalence ratio, the soot concentrations measured for each fuel are almost similar while benzene concentration is markedly higher in the isooctane flames.
Résumé
Ce travail a pour objectif de comparer l’évolution de la fraction volumique de suie et des précurseurs gazeux des suies dans des flammes de n-heptane et d’iso-octane. La mesure de ces deux grandeurs a été effectuée dans des flammes laminaires de prémélange stabilisées sur un brûleur à flamme plate, à la pression atmosphérique. La fraction volumique des suies est déduite de la mesure de l’absorption d un faisceau laser de longueur d’onde 670 nm (laser hélium-néon). Les profils de concentration des espèces gazeuses ont été mesurés par chromatographie en phase gazeuse, sur des échantillons prélevés localement par une micro-sonde de quartz. Les espèces analysées (benzene, acetylene, aliéné, propyne, vinylacetylene) présentent un maximum de concentration situé en amont de la zone de formation des suies. Des analyses complémentaires ont aussi été effectuées dans la zone de formation des suies. L’ensemble de cette étude a été réalisée dans un large domaine de richesses : 1,5 à 2,24 pour le n-heptane et 1,5 à 2,16 pour l’iso-octane. Les résultats font apparaître une forte corrélation entre la fraction volumique des suies et la concentration de l’acétylène. Par contre, pour mie même richesse, les flammes de ces deux hydrocarbures produisent des concentrations de suie très voisines, bien que la concentration maximum du benzène soit trèc différente.
Key words: Flame structure / Soot / Laminar Flames / Premixed flames / Gas Chromatography / n-heptane / isooctane
Mots clés : Structure de flamme / Suies / Flammes laminaires / Flammes de prémélange / Chromatographie en phase gazeuse / n-heptane / iso-octane
© Elsevier, Paris, 1997