2018년 2월 19일
새로운 바이오 연료, 연료 구성 요소, 또는 비교 데이터를 제시 하는 양적 speciation의 제트 연료의 산화 연소 화학의 수사. 데이터 운동 모델 유효성 검사에 사용 될 수 있다 고 연료 평가 전략을 수 있습니다. 이 원고는 대기 열 흐름 반응 기를 설명 하 고 그 기능을 보여 줍니다.
이 실험의 전반적인 목표는 연소 과정에서 반응성 화학 종에 대한 개요를 얻고 기술 연료 및 연료 구성 요소의 연소 화학을 조사하는 것입니다. 이 방법은 연소 화학 및 그을음 형성과 같은 오염 물질 형성 분야의 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점 중 하나는 화학 종에 대한 개요를 얻고 사전 지식 없이 반응성이 높은 라디칼 종도 검출
할 수 있다는 것입니다.이 유연한 도구를 사용하면 잘 제어된 조건에서 화학적 기체상 역학을 관찰할 수 있습니다. 이 데이터는 운동 모델 검증 및 연료 평가 전략에 사용할 수 있습니다. 이러한 층류 반응기에 사용할 수 있는 광범위한 작동 조건은 일반적으로 화염 실험으로 달성할 수 없는 연소 응용 분야에 대한 접근을 가능하게 합니다.
유동 반응기 시스템의 개략도는 모든 주요 구성 요소를 보여줍니다. 오븐은 ToF(Time-of-Flight) 또는 TOF 감지 시스템을 사용하여 MBMS 설정에 연결되며, 샘플링 방향과 가스 공급 시스템에 장착됩니다. 먼저 지정된 측정 시리즈에서 가장 높은 온도인 지정된 시작 온도로 오븐을 가열합니다.
중간 종 검출을 위해 TOF 분광계를 준비합니다. 이제 MBMS 시스템의 이온화 챔버에 배치하고 소프트웨어를 시작하여 주요 종 검출을 위해 사중극자 분광계를 준비합니다. 연료 공급 시스템을 준비하려면 먼저 연료 공급을 위한 금속 주사기를 준비합니다.
그런 다음 금속 주사기에 30ml의 연료 샘플을 채웁니다. 그런 다음 밸브를 열고 시스템에 가압 공기를 추가하여 금속 주사기를 최대 5bar까지 가압합니다. 그런 다음 기화기와 연료 공급 라인을 가열합니다.
이 실험 설계의 경우 수냉식 시스템을 섭씨 80도로 설정하여 희석된 연료가 시스템의 가장 추운 지점(오븐에 대한 해당 플랜지의 온화한 부분)에서 재응축되지 않도록 합니다. 오븐을 s에 놓습니다.amp오븐의 공간 온도 프로필의 고원 값에 가까운 링 위치. 다음으로, 코리올리 질량 유량계에 가스를 추가하여 선택한 희석제를 시작합니다.
TOF 및 Quadrupole 소프트웨어의 시작 버튼을 클릭하여 연속 데이터 기록을 시작합니다. 코리올리 질량 유량계 소프트웨어의 적절한 유량 조건을 설정하여 산소를 산화제로 추가하십시오. 유입되는 산화제가 질량 스펙트럼의 새로운 피크로 나타나는 것을 관찰합니다.
다음으로, 코리올리 질량 유량계의 적절한 유량 조건을 설정하여 연료를 추가하십시오. 스펙트럼을 확인하여 완전한 산화가 이루어졌고 안정적인 이산화탄소 질량 신호가 관찰되는지 확인합니다. 안정화 기간이 끝나면 시간당 200켈빈의 연속 온도 감쇠 램프를 오븐에 적용하면 실행당 2시간의 일반적인 측정 시간이 발생합니다.
램프 중 특정 오븐 온도에서 단독 연소 생성물이 사라지고 작은 연소 중간체가 나타나는 질량 스펙트럼의 급격한 변화를 관찰합니다. 온도가 더 낮아짐에 따라 눈에 보이는 중간체는 점점 더 커집니다. 차가운 오븐 온도에서는 연료 화합물과 산소의 신호만 관찰할 수 있습니다.
최종 온도가 안정되면 산화제를 끕니다. 측정값을 계속 기록하고 산화제가 없는 조건에서 연료 특성화 측정값을 얻습니다. 그런 다음 값을 0으로 설정하여 Coriolis 질량 유량계 소프트웨어에서 연료를 끕니다.
그런 다음 소프트웨어에서 중지 버튼을 클릭하여 데이터 기록을 중지합니다. 교정 문제의 경우, 샘플링 콘 앞에 밀폐된 챔버를 장착하십시오. 그런 다음 펌프의 밸브를 열어 챔버를 비우십시오.
보정을 위해 이진 혼합물 또는 상업용 보정 가스를 적용합니다. 그런 다음 데이터 기록 없이 TOF 소프트웨어를 다시 시작합니다. 니들 밸브에 의해 교정 챔버의 압력을 조정하여 신호 대 잡음비보다 높고 포화 한계 미만의 신호 강도를 얻습니다.
그런 다음 교정 측정을 시작하고 데이터 기록을 활성화합니다. 선택한 각 종에 대해 기록된 각 온도에서 해당 신호로부터 몰 분율을 계산합니다. 그런 다음 몰 분율 프로파일을 오븐 온도와 연결합니다.
샘플링된 가스 조성의 일반적인 질량 스펙트럼이 여기에 나와 있습니다. 피크는 완전히 분해되지 않은 신호를 평가하기 위해 각 질량 대 전하 비율에 대해 적분됩니다. 신호는 2.5켈빈 간격의 평균 온도에 대해 표시되며, 그 결과 일반적인 몰 분율 대 오븐 온도 플롯이 생성됩니다.
화학량론적 메탄 측정에서 얻은 포름알데히드와 아세틸렌의 공간 몰 분율 프로파일은 측정된 데이터와 주성분 및 중간 종에 대한 운동 모델 값 간의 일치를 보여줍니다. 주요 종 프로필을 특징으로 하는 잠재적인 제트 연료 화합물인 p-menthane이 여기에 묘사되어 있습니다. 에틸렌과 포름알데히드의 화학량론 의존성, 그리고 화학량론적 조건에 대해 선택된 중간 종을 얻습니다.
유동 반응기 설정에서 산소 및 연료 프로파일은 저온에서 최대로 시작하여 온도가 증가함에 따라 소비됩니다. 심층 분석에서 탄화수소 종은 유사한 붕괴를 보여주는 반면 방향족 종은 뚜렷한 고원 지역을 보여줍니다 그을음 전구체, 프로파르길 라디칼 및 벤젠에 대한 더 높은 몰 분율은 Jet A-1 및 farnesane에 비해 p-메탄에 대해 측정되어 오염 물질을 형성하는 경향이 더 높다는 것을 나타냅니다. 파르네산의 경우 p-메탄 및 Jet A-1 연료에 비해 두 종 모두에 대한 더 낮은 몰 분율이 측정됩니다.
개발 후 이 기술은 미래 연료 설계 전략 분야의 연구자들이 기존 및 대체 연료 및 구성 요소에 대한 연소 역학 및 오염 물질 형성을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.
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이 연구는 고온 흐름 반응기를 사용하여 새로운 바이오연료 및 연료 성분의 산화 연소 화학을 조사합니다. 이 방법은 반응성 화학 종의 검출을 가능하게 하고 동역학 모델 검증 및 연료 평가 전략에 대한 데이터를 제공합니다.
This method provides quantitative speciation data for combustion chemistry, enabling detailed analysis of reactive intermediates and pollutant precursors in fuel systems. The high-temperature flow reactor coupled with molecular-beam mass spectrometry supports kinetic model validation and fuel assessment strategies under controlled conditions. It offers insights into soot formation tendencies and combustion pathways relevant for conventional and alternative fuel development.
The method integrates into fuel assessment workflows by providing speciation data that informs early-stage hypothesis testing and mechanistic de-risking of combustion pathways.