כימיה בעירה של דלקים: נתונים כמותיים היווצרות המינים המתקבל של הכור אטמוספרי בטמפרטורות גבוהות לזרום עם מצמידים ספקטרומטר מסה מולקולרית-קרן אור

המטרה הכוללת של ניסוי זה היא לקבל סקירה כללית של מינים כימיים ריאקטיביים בתהליך בעירה ולחקור את כימיית הבעירה של דלקים טכניים ורכיבי דלק. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות בתחום כימיית הבעירה והיווצרות מזהמים, כגון היווצרות פיח. אחד היתרונות העיקריים של טכניקה זו הוא לקבל סקירה כללית של המינים הכימיים ולזהות אפילו מינים רדיקליים תגובתיים מאוד ללא ידע מוקדם.

כלי גמיש זה מציע לנו תצפית על הקינטיקה הכימית של פאזת הגז בתנאים מבוקרים היטב. הנתונים יכולים לשמש לאימות מודל קינטי ואסטרטגיות הערכת דלק. המגוון העצום של תנאי ההפעלה הזמינים עבור כור זרימה למינרית כזה מאפשר גישה ליישומי בעירה שבדרך כלל אינם ניתנים להשגה על ידי ניסויי להבה.

הסכימה של מערכת כור הזרימה מציגה את כל המרכיבים העיקריים. התנור מחובר להגדרת MBMS עם זמן הטיסה, או מערכת זיהוי TOF, הרכיב לכיוון הדגימה ולמערכת אספקת גז. ראשית, מחממים את התנור לטמפרטורת ההתחלה המיועדת, שהיא הטמפרטורה הגבוהה ביותר בסדרת המדידה המיועדת.

הכן את ספקטרומטר ה-TOF לזיהוי מיני ביניים. כעת הכינו את הספקטרומטר המרובע לזיהוי מינים עיקריים על ידי הצבתו בתא היינון של מערכת ה-MBMS והפעלת התוכנה. להכנת מערכת אספקת הדלק, הכינו תחילה מזרק מתכת לאספקת דלק.

לאחר מכן מלאו את מזרק המתכת ב -30 מיליליטר מדגימת הדלק. לאחר מכן, לחץ על מזרק המתכת עד חמישה בר על ידי פתיחת השסתום והוספת אוויר בלחץ למערכת. לאחר מכן מחממים את קווי הוופורייזר ואספקת הדלק.

עבור תכנון ניסיוני זה, הגדר את מערכת קירור המים ל-80 מעלות צלזיוס כך שהדלק המדולל לא יוכל להתעבות מחדש בנקודה הקרה ביותר במערכת, שהיא הממוזגת באותו אוגן לתנור. הנח את התנור למצב הדגימה הקרוב לערך הרמה של פרופיל הטמפרטורה המרחבית של התנור. לאחר מכן, התחל את המדלל הנבחר על ידי הוספת גז למד זרימת המסה של קוריוליס.

התחל הקלטת נתונים רציפה על ידי לחיצה על כפתורי ההתחלה בתוכנת TOF ו-quadrupole. הוסף חמצן כמחמצן על ידי הגדרת מצב הזרימה המתאים של תוכנת מד זרימת המסה של קוריוליס. התבונן במחמצן הנכנס כשיא חדש בספקטרום המסה.

לאחר מכן, הוסף דלק על ידי הגדרת מצב הזרימה המתאים של מד זרימת המסה של קוריוליס. בדוק את הספקטר כדי לאשר אם מושג חמצון מלא ונצפה אות מסת פחמן דו חמצני יציב. לאחר תקופת הייצוב, יש למרוח על התנור רמפת ריקבון טמפרטורה רציפה של 200 קלווין לשעה, מה שמוביל לזמני מדידה אופייניים של שעתיים לכל ריצה.

בטמפרטורת תנור ספציפית במהלך הרמפה, שימו לב לשינוי מהיר של ספקטר המסה עם מוצרי בעירה בלעדיים נעלמים ומופיעים מתווכי בעירה קטנים. עם ירידה נוספת בטמפרטורה, חומרי ביניים גלויים הופכים גדולים יותר ויותר. בטמפרטורות תנור קרות ניתן לצפות רק באות של תרכובות דלק וחמצן.

כאשר הטמפרטורה הסופית מתייצבת, כבה את המחמצן. המשך להקליט מדידות ולקבל מדידות אפיון דלק בתנאים ללא מחמצן. לאחר מכן, כבה את הדלק בתוכנת מד זרימת המסה של קוריוליס על ידי הגדרת הערך לאפס.

לאחר מכן הפסק את הקלטת הנתונים על ידי לחיצה על כפתורי העצירה בתוכנה. לבעיות כיול, התקן תא סגור מול חרוט הדגימה. לאחר מכן פתח את השסתום למשאבה כדי לפנות את החדר.

החל תערובות בינאריות או גזי כיול מסחריים לכיול. לאחר מכן, הפעל שוב את תוכנת TOF ללא הקלטת נתונים. כוונן את הלחץ בתא הכיול על ידי שסתום מחט כדי לקבל עוצמת אות מעל יחס האות לרעש ומתחת לגבול הרוויה.

לאחר מכן, התחל את מדידות הכיול ואפשר הקלטת נתונים. בכל טמפרטורה שנרשמה עבור כל מין שנבחר, חשב את חלק השומה שלו מהאות המתאים. לאחר מכן חבר את פרופילי שבר השומה מול טמפרטורת התנור.

ספקטרום מסה טיפוסי של הרכב הגז שנדגם מוצג כאן. הפסגות משולבות עבור כל יחס מסה למטען להערכת אותות שלא נפתרו במלואם. האותות משורטטים כנגד הטמפרטורה הממוצעת של מרווח 2.5 קלווין, וכתוצאה מכך שבר שומה טיפוסי לעומת תרשים טמפרטורת התנור.

פרופילי שבר השומה המרחבי של פורמלדהיד ואצטילן המתקבלים ממדידת מתאן סטויכיומטרית מראים הסכמה בין הנתונים הנמדדים לערכי המודל הקינטי עבור המרכיבים העיקריים ומיני הביניים. תרכובת הדלק הסילוני הפוטנציאלית, p-menthane, הכוללת פרופילי מינים עיקריים, מתוארת כאן. מתקבלות התלות הסטוכיומטרית של אתילן ופורמלדהיד, ומיני הביניים שנבחרו לתנאים סטויכיומטריים.

במערך כור הזרימה, פרופיל החמצן והדלק מתחיל במקסימום בטמפרטורות נמוכות ונצרך ככל שהטמפרטורה עולה. ניתוח מעמיק מראה דעיכה דומה עבור מיני הפחמימנים בעוד שמינים ארומטיים מראים אזור מישור מובהק חלק שומה גבוה יותר עבור קודמני פיח, רדיקל פרופרגיל ובנזן, נמדדים עבור p-מתאן בהשוואה ל-Jet A-1 ופרנזן, מה שמעיד על נטייה גבוהה יותר ליצור מזהמים. עבור פרנזן, חלקי שומה נמוכים יותר עבור שני המינים נמדדים בהשוואה ל-p-מתאן ודלק סילון A-1.

לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום אסטרטגיות תכנון דלק עתידיות לחקור קינטיקה של בעירה והיווצרות מזהמים עבור דלקים ורכיבים קונבנציונליים וחלופיים.