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单颗燃料微粒的操控和燃烧特性是评价燃料和解释颗粒群燃料燃烧特性的基础。本文提出采用激光光镊对微粒进行操控和点火,测量单颗微粒操控、点火和燃烧过程参数,进一步揭示颗粒燃料的燃烧机理。光镊是操控微粒的重要工具,而光镊操控微粒有两种不同力的表现形式:一种是利用激光辐射压力,另一种是利用光泳力。本文系统设计光镊操控和点火装置,并进行自行搭建。在搭建的装置基础上,分别对液体环境中的聚苯乙烯小球进行捕获,对空气中强吸收石墨微粒进行操控,并对单颗石墨微粒的点火和燃烧特性进行测量分析,揭示其反应控制机理,具体包括:(1)在光镊操控和点火装置设计过程中,着重解决激光光斑与显微物镜入瞳匹配问题、物镜与照明光源匹配问题、光束耦合问题等。通过ZEMAX软件对扩束和阱位调节光路进行模拟仿真,结果表明阱位位置与调节镜移动的距离呈近似线性关系。(2)通过对聚苯乙烯(PS)小球的捕获,来考察基于辐射压力的光镊控制参数。结果表明:去离子水中5.0μm PS小球的最低捕获功率为6.7m W;在10.4m W下的最大光阱力为2.37×10-12N,光阱刚度为4.74×10-7N/m,稳定和非稳定捕获点分别距光镊中心7.038μm和7.467μm;PS小球在光阱力作用下向光镊中心的运动为变加速运动。不同操控功率下,小球的运动规律大致相同,功率越高,PS小球的运动速度和加速度相应提高。(3)通过对石墨微粒的操控来考察基于光泳力的光镊控制参数。结果表明:对石墨微粒产生光泳运动的最低激光能量为7.3m W;石墨微粒在光泳力作用下存在多种运动方式,包括变加速曲线运动和绕定点做变角加速度的旋转运动等;操作功率将直接影响其运动速度。(4)单颗石墨微粒的激光点火和悬浮燃烧特性研究,运用激光点火点燃单颗石墨微粒,并采用90000fps进行显微高速拍摄记录燃烧过程,分析其燃烧特性。结果表明:石墨微粒的点火延迟时间短至数十微秒,点火能量低至几微焦;其点火能量随颗粒初始粒径增大而增加,呈平方关系,相关系数达0.99;微粒先进行扩散燃烧,火焰面积随着燃烧时间呈线性增加,待火焰亮度达到最大时火焰面积开始随燃烧时间呈线性收缩;火焰扩散速率比收缩速率稍快,在火焰收缩过程中微粒会被逐渐推离激光光斑处,然后熄灭。自然对流空气中,单颗石墨微粒的燃烧氧化反应主要受氧气扩散控制。