Experimentos chama na fonte luminosa avançada: novos insights sobre processos de formação de fuligem

O objetivo geral deste procedimento é analisar a composição química de chamas de hidrocarbonetos em escala laboratorial, para desenvolver uma compreensão detalhada de tal formação em ambientes de combustão. Isso é feito estabelecendo primeiro chamas pré-misturadas estabilizadas pelo queimador sob uma pressão reduzida de cerca de 20 a 80 milibares. O segundo passo é retirar gases dessas chamas e, em seguida, determinar a identidade química das espécies amostradas usando um espectrômetro de massa de tempo de voo personalizado com fotoionização ultravioleta a vácuo.

Em seguida, a concentração dessas espécies é determinada em função da distância do queimador. A etapa final é usar uma abordagem semelhante para estudar a composição química da combustão gerada, ou seja, partículas, que são os resultados dos processos de formação da fase gasosa. Em última análise, espectrometria de massa de amostragem de chama com ultravioleta a vácuo.

fotoionização é usada para mostrar que os radicais estabilizadores de ressonância são intermediários importantes e que um mecanismo simples não pode explicar todos os componentes de fuligem observados. Embora esse método possa fornecer informações sobre os processos de combustão, ele também pode ser usado para estudar química atmosférica, dinâmica molecular e cinética, entre outras coisas. Primeiro, estabeleça um fluxo de um litro por minuto de Argonne e um fluxo de 1,5 litro por minuto de oxigênio através da superfície do queimador e mantenha uma pressão de 80 milibares na câmara de chama.

Posicione o dispositivo de ignição de fio quente sobre a superfície do queimador. Em seguida, defina o fluxo de hidrogênio para 0,4 litros por minuto e ative rapidamente o dispositivo de ignição após a ignição. Desligue o dispositivo de ignição de fio quente e reposicione-o longe do queimador.

Em seguida, estabeleça os fluxos desejados de oxigênio, hidrogênio e combustível de Argonne. Ajuste a pressão para corresponder às condições da chama alvo, que normalmente está entre 20 e 40 milibares quando a pressão na câmara de ionização é menor ou igual a 10 elevado a menos seis milibares. Aplique as tensões à óptica de íons do espectrômetro de massa de tempo de voo e ao detector de placas de microcanal e abra as válvulas da linha de luz.

Inicie o laboratório view interface geral do programa de aquisição de dados vi e mova o queimador para a posição desejada usando a guia do motor no software. Em seguida, use a guia geral para definir os parâmetros de varredura ou o número de etapas por elétron-volt de energia de fóton. Em seguida, use a guia A LS para definir a energia do fóton para o valor inicial desejado e defina a energia a LS a ser ativa na guia P 78 86.

Use o botão definir parâmetros para definir o número de varreduras, o número de caixas e a largura da caixa. Em seguida, insira um caminho e um nome de arquivo válidos e clique em iniciar para iniciar o processo de aquisição de dados do controle do computador. Para a aquisição das varreduras do queimador, aplique as tensões como para as varreduras de energia à óptica de íons do espectrômetro de massa de tempo de voo e detector de placas de microcanal.

Abra as válvulas da linha de luz para permitir que o feixe de fótons entre na câmara. Depois de abrir a interface geral do programa de aquisição de dados do LabVIEW vi, use o jogger sob a aba do motor para mover a superfície do queimador o mais próximo possível do cone de amostragem e defina essa posição como a origem. Em seguida, defina o motor a ser ativo.

Use a guia geral para definir os parâmetros de varredura ou o número de passos por milímetro de movimento do queimador. Em seguida, use a guia LS para definir a energia do fóton para o valor desejado, que normalmente está entre oito e 16,65 parafusos de elétrons na guia P 78 86. Use o botão definir parâmetros para iniciar um instrumento subvirtual para definir o número de varreduras ou o número de espectros de massa adicionados uns sobre os outros em cada posição do queimador, o número de caixas e a largura da caixa.

Em seguida, forneça um caminho e nome de arquivo válidos e clique em iniciar para iniciar o processo automatizado de aquisição de dados RAAs para o experimento de aerossol chamas de fluxo oposto são usadas. Para começar, encha a câmara de chama com argônio e aumente a pressão para cerca de 860 milibares. Jogue a bobina de ignição aproximadamente no centro das duas saídas do queimador.

Defina o fluxo do oxidante para 0,3 litros por minuto para oxigênio e 1,6 litros por minuto para argônio e o fluxo de co do fluxo do oxidante para 2,5 litros por minuto para argônio. Em seguida, defina o fluxo de combustível para 0,3 litros por minuto para hidrogênio e 2,5 litros por minuto para argônio e o fluxo de combustível para 2,5 litros por minuto. Para argônio, abra as válvulas de hidrogênio e oxigênio e ligue imediatamente a bobina de ignição.

Assim que a chama acender, desligue a bobina do dispositivo de ignição e retraia-a. Neste ponto, estabeleça os fluxos desejados de oxigênio, argônio e combustível. Desligue o fluxo de hidrogênio e ajuste a separação de pressão e saída do reagente para os valores desejados.

Para a chama alvo. Aplicar as tensões apropriadas à óptica iônica e ao detector do espectrômetro de massa de aerossol. Em seguida, abra a interface geral do programa de aquisição de dados de visualização de laboratório fluxo oposto vi.

Use o aplicativo jogger na guia do motor para traduzir o queimador de fluxo oposto de modo que o micróbio de quartzo fique na posição mais próxima da saída do fluxo de combustível. Enquanto estiver nesta posição, redefina a posição do passo do motor para zero. Depois disso.

Abra lentamente a válvula de esfera de um quarto de volta, permitindo o fluxo da linha de amostragem de chama para a lente aerodinâmica ou um sistema DL. Confirme se a pressão na saída do A DL está próxima de uma vez 10 elevado a dois milibares negativos. Use a guia geral para definir os parâmetros de varredura ou o número de passos por milímetro de movimento do queimador ou energia do fóton.

Use a guia a LS para definir a energia de fótons desejada e use a guia do motor para mover o queimador para a posição desejada do queimador. Em seguida, use a guia P 78 86 e o botão definir parâmetros nela. Para definir os parâmetros de aquisição, defina a energia do motor ou LS para estar ativa.

Insira um caminho de arquivo válido e um nome nos campos apropriados e clique em iniciar para adquirir os espectros de massa do aerossol. Um espectro de massa típico de gases amostrados por chama do queimador pré-misturado de baixa pressão é mostrado aqui. As identidades das espécies que contribuem para o sinal são reveladas pela eficiência de fotoionização amostrada pela chama ou curvas PIE para cada razão de carga mestre e sua comparação com as energias de ionização específicas do isômero conhecido e as curvas PIE.

Exemplos típicos de curvas PIE amostradas por chama são mostrados aqui. Para a taxa de carga principal é igual a 39 e 41. Os dados são retirados de uma chama de propano métrica stoia.

O sinal é inequivocamente identificado por seus limiares de ionização característicos para se originar dos radicais arial e alelo estabilizados. Para muitos valores de razão de carga mestre, vários isômeros são rotineiramente identificados pela observação de vários limites. Muitos exemplos têm sido discutidos extensivamente na literatura.

Por exemplo, a taxa de carga mestre é igual a 40 para aleno e propano, 44 para etanol e acetaldeído 54 para um, três butadieno, um butano e dois butano ou 78 para fulina e benzeno. Uma vez que a composição do isômero é conhecida, os espectros de massa são obtidos em várias energias de fótons e de dentro de diferentes posições na chama para permitir a determinação dos perfis de fração molar específicos do isômero das espécies individuais. Em função da distância da superfície do queimador, os perfis representativos da fração molar de fulina e benzeno em uma chama geométrica de propano STO do queimador pré-misturado de baixa pressão são mostrados aqui.

Para cada chama, normalmente um total de 40 a 50 perfis individuais de fração molar são determinados para espécies que variam de taxa de carga mestre igual a um a taxa de carga mestre igual a 78 ou até maior, dependendo dos objetivos científicos. Esses perfis de fração molar são então usados para avaliar as capacidades preditivas dos modelos de química de combustão e validá-los. Um espectro de massa de aerossol típico é mostrado aqui, retirado de dentro de um sinal de íon de chama de difusão de fluxo oposto de propano foi observado para espécies com taxas de carga mestre variando de 150 a 600 com um pico em torno de 202.

Está além das capacidades experimentais atuais identificar todas as espécies observadas no espectro de massa ou desvendar suas possíveis vias de formação que tomam esses espectros de massa em função da distância da saída de combustível, conforme descrito, fornecem perfis espacialmente resolvidos. Um exemplo representativo é mostrado aqui para a taxa de carga de massa igual a 256. Perfis semelhantes também podem ser obtidos para qualquer uma das outras espécies, o que, consequentemente, pode ser usado como alvo de validação para qualquer modelo de química de combustão.

Uma vez dominado, um operador proficiente pode usar essa técnica para registrar um conjunto completo de dados de chama em apenas algumas horas.