Combustione Caratterizzazione e modello di sviluppo carburante per micro-tubolari Celle a combustibile fiamma assistita

L'obiettivo generale di questo esperimento di caratterizzazione della combustione è quello di sviluppare un modello di scarico di combustione mescolando le specie di scarico di interesse al fine di testare una cella a combustibile a ossido solido nella miscela. Questo maxsold può aiutare a rispondere a domande chiave nei campi delle celle a combustibile a ossidi solidi, ad esempio se si sta formando meno combustione ricca invece del reformer di combustibile endotermico. Il vantaggio principale di questa tecnica è che possiamo sviluppare un modello di scarico a combustione per il test delle celle a combustibile senza sviluppare effettivamente un intero prototipo di bruciatore e cella a combustibile.

La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale, poiché la procedura di configurazione sperimentale, le precauzioni di sicurezza e la risoluzione dei problemi possono essere difficili da comprendere leggendo un manoscritto da solo. Costruire l'apparato di caratterizzazione utilizzando una camera di combustione preparata in un banco con fonti di aria e il combustibile metano. Selezionare i regolatori di flusso di massa in base alle portate precedentemente determinate.

Per questo esperimento, utilizzare un controller da 40 litri al minuto per il metano. Utilizzare un controller da 200 litri al minuto per l'aria. Quindi, prendi un tubo di rame e collegalo all'uscita della fonte di metano.

Da lì, collegare il tubo al regolatore di flusso di massa del carburante. Allo stesso modo, collegare il regolatore del flusso di massa d'aria alla sua fonte. Per sicurezza, aggiungere una valvola unidirezionale dopo il regolatore di flusso del metano.

Orientare la valvola in modo da consentire solo il flusso lontano dal controller e collegarla all'uscita del controller. Quindi, utilizzare tubi di rame per unire i flussi dall'aria e i regolatori di flusso del carburante. Fare in modo che i flussi provenienti dai controller entrino in un connettore a T.

Come ulteriore misura di sicurezza, posizionare un rompifiamma e un'altra valvola unidirezionale dopo il connettore a T. In questa configurazione, la valvola unidirezionale è collegata prima al connettore a T, orientata in modo da consentire il flusso lontano dal connettore a T. Il rompifiamma è il prossimo.

Sui serbatoi di origine dei gas, impostare i regolatori sulla pressione appropriata. Per questo esperimento, si tratta di 138 kilopascal. Tornato al banco, procurati una soluzione di rilevamento delle perdite per verificare la presenza di perdite in tutti i tubi.

Con i regolatori di flusso accesi, applicare la soluzione di rilevamento delle perdite con un pennello sul tubo di rame. Assicurati che non ci siano bolle che indicherebbero una perdita. A questo punto, rivolgete l'attenzione alla camera di combustione e al suo bruciatore collegato.

Questa camera ha termocoppie di tipo K già in posizione, con le loro punte al centro della camera. Le porte lungo la lunghezza della camera ospitano sia l'analisi dei gas di scarico della combustione che le termocoppie. Montare le termocoppie utilizzando raccordi a compressione adattati al loro diametro.

Per aggiungere una termocoppia, iniziare con lo stelo del raccordo a compressione che si trova già nella parete della camera. Posiziona un metallo selvatico appropriato per alte temperature nello stelo. Quindi, abbassare il dado di compressione con una sonda a termocoppia infilata attraverso di esso sullo stelo.

Spingere la sonda della termocoppia fino a quando la sua estremità non si trova al centro della camera. Quindi serrare il dado di compressione per sigillare la camera contro le perdite da questa apertura. Collegare le termocoppie alla configurazione del computer per l'acquisizione e il controllo dei dati.

Ritorno per collegare l'uscita dei regolatori di portata massica al bruciatore della camera di combustione. A tal fine, utilizzare un tubo di rame per inviare il flusso dalla valvola unidirezionale alla camera di combustione. L'ultima aggiunta è l'hardware per il test dello scarico, che è già stato assemblato qui.

A tal fine, una porta di scarico nella camera consente ai gas di fluire nel tubo di rame. Questo tubo va in una valvola a tre vie. Un'uscita della valvola è costituita da un tubo che porta a un gascromatografo.

L'altra uscita è un tubo che va a una siringa da 25 millilitri utilizzata per aspirare e reindirizzare lo scarico. La configurazione può ora essere utilizzata per la caratterizzazione. Prima del test, preparare la siringa e la valvola a tre vie.

Per prima cosa, spingere completamente lo stantuffo della siringa. Quindi assicurarsi che la valvola a tre vie sia aperta sul lato della porta di scarico. Passare al computer per avviare il flusso di carburante e aria e avviare la raccolta dei dati.

Avvia il flusso d'aria e il flusso di metano utilizzando una miscela ricca per facilitare l'accensione. Prendi un accendino a butano e spostati all'estremità della camera di combustione. Quando è sicuro farlo, accendi la miscela.

Prima di procedere, eseguire un controllo visivo per assicurarsi che la fiamma si sia stabilizzata nella parte anteriore del bruciatore. Questa fiamma cambia man mano che il flusso d'aria viene regolato lentamente al valore desiderato per evitare di spegnere la fiamma. Nel frattempo, monitorare le temperature della termocoppia e registrare i dati di temperatura quando le temperature si stabilizzano.

Ora vai alla siringa collegata alla valvola a tre vie. Tirare indietro lo stantuffo per estrarre il gas residuo e lo scarico dalla porta di scarico. Utilizzare la valvola a tre vie per aprire il lato del gascromatografo e chiudere il lato della luce di scarico.

Continuare spingendo lo stantuffo fino a quando tutto lo scarico è stato inviato al gascromatografo. Restituire la valvola per consentire alla siringa di estrarre più gas residuo e di aspirare. Continuare a estrarre il gas e iniettarlo nel gascromatografo fino a rimuovere tutti i gas residui.

Quando tutti i gas residui sono stati rimossi, estrarre un campione di scarico finale per l'analisi. Ruotare la valvola a tre vie e spingere i gas di scarico nel gascromatografo. Eseguire l'analisi gascromatografa e registrare i dati.

Continuare scegliendo un'altra portata d'aria e ripetendo l'analisi per il nuovo rapporto equivalenti. Questi risultati per l'analisi dell'equilibrio chimico del metano e della combustione dell'aria forniscono le previsioni di equilibrio termodinamico della composizione dei gas di scarico a diversi rapporti equivalenti. L'asse verticale sinistro è per la percentuale in volume di azoto gassoso, tracciata in nero.

L'asse verticale destro fornisce la scala percentuale del volume per i prodotti di scarico e altre molecole. Questa analisi non corrisponderà necessariamente perfettamente ai dati dell'esperimento, ma dovrebbe indicare le tendenze attese e l'entità dei risultati. I dati iniziali dell'esperimento per la camera di combustione non hanno seguito le tendenze attese dall'analisi dell'equilibrio chimico.

Ad esempio, i dati molecolari dell'ossigeno in rosso suggeriscono un'alta concentrazione ad alti rapporti di equivalenza rispetto a bassi rapporti di equivalenza. Questa è una possibile indicazione di miscelazione incompleta o riflusso nella camera di combustione, che altri dati hanno confermato. Quando il riflusso è stato identificato e prevenuto, i dati erano più coerenti con le tendenze attese dall'analisi dell'equilibrio chimico.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come caratterizzare uno scarico di combustione e costruire un modello di scarico di combustione per il test delle celle a combustibile. Non dimenticare che lavorare con la combustione può essere estremamente pericoloso e che durante l'esecuzione di questa procedura è necessario utilizzare sempre precauzioni come il rompifiamma, le valvole unidirezionali e altri dispositivi di protezione individuale. Seguendo questa procedura, altri metodi, come l'integrazione di una cella a combustibile e di un bruciatore, possono aiutare a rispondere a ulteriori domande sulla stabilità delle prestazioni a lungo termine, sulla deposizione di carbonio e sull'efficienza totale del sistema della cella a combustibile assistita dalla fiamma.