碳黑是燃烧过程中产生的重要污染物之一，它不仅污染环境，而且对人类健康和生产设备，都有着极其不利的影响。碳烟悬浮在空气中会产生“温室效应”，已被认定为全球变暖的重要因素之一；碳烟颗粒有着较强的吸附性，可携带大量的有毒痕量元素，其表面通常富集各种有机污染物，多为致癌物质和基因毒性诱变物质，对人体危害很大；碳烟还会在设备内部堆积形成积碳，影响设备性能并缩短其使用寿命。碳黑还是火灾中造成人员伤亡的主要因素，火灾中 85％以上的死亡者是由于烟气的影响，其中大部分是吸入了烟尘及有毒气体昏迷后而致死，碳黑也会降低火场的能见度，严重影响人员的逃生和救援。因此，研究碳烟生成机制，寻找影响碳烟生成的关键因素，对于碳烟的有效控制具有重要意义。

研究表明，不完全燃烧是产生碳烟颗粒的根本原因，其中最主要的 2 个因素是多环芳香烃的化学作用和扩散火焰中空气卷吸量的多少，但由于碳烟生成和氧化的过程十分复杂，其间涉及到上百种不同的化学物质，过去的数十年中，国际上曾提出很多著名的相关模型，然而，碳烟生成的详细机制至今仍然没有被完全理解。要充分理解碳烟生成机制，前提是必须能够准确获取火焰中的碳烟浓度分布，这依赖于碳烟测试技术的发展。火焰中碳烟浓度的测试技术有很多，主要包括消光法(LE-Light extinction)、激光诱导炽光法 (LII-Laserinduced incandescence)、激光散射法、发射光谱技术(ES-Electronspectroscopy)等。消光法自 20 世纪 70 年代起被用于测量火焰中碳烟颗粒的浓度分布，技术日益成熟。相对于其他光学测试方法，消光法原理简单，系统易于搭建，成本相对经济，在国外已经获得了广泛应用。国内近十年来也开始采用消光法对火焰中的碳烟特性进行研究，证明了消光法是一种很有潜力的碳烟测试技术。

2. 研究的基本内容与方案

研究基本内容：

选用激光消光法作为测量手段，检测典型固体可燃物的成分和热解特性，并分析层流扩散火焰中的碳黑体积分数分布，研究固体可燃物的碳黑生成特性。

目标：

能够使用激光消光实验平台测量火焰碳黑浓度，并进行基本的数据分析。

拟采用的技术方案及措施：

实验装置主要由激波管和光学测量系统组成，产生高温反射激波的激波管系统已在文献中有详细描述，光学测量 实验装置如图１所示。激光消光法测量装置主要由He-Ne激光器、光阑、平面镜、单色仪、光电倍增管（ＰＭＴ）、ＰＣＢ压 力传感器和数字示波器组成。实验段靠近端壁处装有四个等 距的ＰＣＢ压力传感器，采用外推法计算激波管端面处的激波速度。实验时，控制激波管的高低压段参数来获得反应 的特定温度和压力。碳烟颗粒的测量在距实验段端面2cm处进行，在相同位置管壁的两侧有两个相对的石英窗口，He-Ne激光器发出波长632.8nm的光经光阑射入前石英窗口，穿过生成的碳烟粒子云，在后石英窗口射出经平面镜反 射后进入单色仪，单色仪出射波长设为632.8nm，出射光经光电倍增管放大后由示波器显示并纪录。

当激光通过粒子云时，根据朗伯－比尔定律