Пламя Эксперименты на Advanced Источник света: новое понимание сажеобразования процессов

Общая цель данной процедуры заключается в анализе химического состава лабораторных углеводородных пламен, чтобы получить детальное представление о таком образовании в условиях горения. Это достигается путем создания сначала стабилизированного горелкой предварительно смешанного пламени под пониженным давлением от 20 до 80 миллибар. Второй шаг заключается в извлечении газов из этого пламени и последующем определении химической идентичности отобранных веществ с помощью специально разработанного времяпролетного масс-спектрометра с вакуумной ультрафиолетовой фотоионизацией.

Далее концентрация этих веществ определяется в зависимости от расстояния от горелки. Заключительным этапом является использование аналогичного подхода для изучения химического состава образующихся при сгорании частиц, которые являются результатом процессов газофазообразования. В конечном итоге, масс-спектрометрия с пламенной выборкой в вакуумном ультрафиолете.

Фотоионизация используется для того, чтобы показать, что радикалы, стабилизирующие резонанс, являются важными промежуточными продуктами, и что один простой механизм не может объяснить все наблюдаемые компоненты сажи. Хотя этот метод может дать представление о процессах горения, он также может быть использован для изучения химии атмосферы, молекулярной динамики и кинетики, среди прочего. Во-первых, установите поток Аргонны со скоростью один литр в минуту и поток кислорода со скоростью 1,5 литра в минуту через поверхность горелки и поддерживайте давление в камере пламени на уровне 80 миллибар.

Расположите воспламенитель с горячей проволокой над поверхностью горелки. Затем установите расход водорода на 0,4 литра в минуту и быстро активируйте воспламенитель после зажигания. Выключите воспламенитель с горячим проводом и переместите его в сторону от горелки.

Далее установите желаемые потоки аргоннского кислорода, водорода и топлива. Отрегулируйте давление в соответствии с условиями целевого пламени, которое обычно составляет от 20 до 40 миллибар, когда давление в ионизационной камере меньше или равно 10 до минус шести миллибар. Подайте напряжения на ионную оптику времяпролетного масс-спектрометра и микроканального пластинчатого детектора, а также откройте клапаны линии пучка.

Запустите общий интерфейс программы сбора данных лабораторного обзора vi и переместите горелку в нужное положение с помощью вкладки двигателя в программном обеспечении. После этого используйте вкладку «Общие» для определения параметров сканирования или количества шагов на электрон-вольт энергии фотона. После этого используйте вкладку A LS, чтобы установить энергию фотонов на желаемое начальное значение и определите энергию A LS, которая должна быть активной на вкладке P 78 86.

Используйте кнопку «Задать параметры», чтобы задать количество разверток, количество ячеек и ширину лотка. Затем введите допустимый путь к файлу и имя и нажмите кнопку «Пуск», чтобы начать процесс сбора данных компьютерного управления. Для получения сканов горелки подайте напряжения, как и для энергетических сканов, на ионную оптику времяпролетного масс-спектрометра и микроканальный пластинчатый детектор

Откройте клапаны линии пучка, чтобы пучок фотонов проник в камеру. После открытия общего интерфейса vi программы сбора данных LabVIEW используйте толчковый толчок под вкладкой двигателя, чтобы переместить поверхность горелки как можно ближе к конусу отбора проб и определить это положение в качестве исходной точки. Затем определите, какой мотор должен быть активным.

Вкладка «Общие» используется для определения параметров сканирования или количества шагов на миллиметр движения горелки. Затем используйте вкладку LS, чтобы установить энергию фотонов на желаемое значение, которое обычно составляет от восьми до 16,65 электронных болтов на вкладке P 78 86. Используйте кнопку «Задать параметры» для запуска вспомогательного виртуального инструмента, чтобы задать количество разверток или количество масс-спектров, добавленных друг над другом в каждой позиции горелки, количество бункеров и ширину бункера.

После этого укажите действительный путь к файлу и имя и нажмите кнопку «Пуск», чтобы начать автоматизированный процесс сбора данных. Для начала заполните камеру пламени аргоном и доведите давление примерно до 860 миллибар. Катушку воспламенителя разыграйте примерно по центру двух выходов горелки.

Установите поток окислителя на 0,3 литра в минуту для кислорода и 1,6 литра в минуту для аргона, а поток окислителя на 2,5 литра в минуту для аргона. Затем установите расход топлива на 0,3 литра в минуту для водорода и 2,5 литра в минуту для аргона, а расход со-топлива на 2,5 литра в минуту. Для аргона откройте водородный и кислородный клапаны и немедленно включите катушку воспламенения.

Как только пламя воспламенится, выключите катушку воспламенителя и втяните ее. На этом этапе установите нужные потоки кислорода, аргона и топлива. Выключите подачу водорода и установите давление и разделение реагентов на выходе на нужные значения.

Для целевого пламени. Подайте соответствующие напряжения на ионную оптику и детектор аэрозольного масс-спектрометра. Затем откройте программу сбора данных лабораторного обзора общего интерфейса напротив потока vi.

Используйте приложение Jogger на язычке двигателя, чтобы переместить горелку с противоположным потоком так, чтобы кварцевый микроб находился в положении, ближайшем к выходу топливного потока. Находясь в этом положении, сбросьте положение шага двигателя в нулевое положение. После этого.

Медленно откройте четвертьоборотный шаровой кран, пропуская поток из линии отбора проб пламени в аэродинамическую линзу или систему DL. Убедитесь, что давление на выходе из A DL составляет от одного умноженного на 10 до отрицательных двух миллибар. Вкладка «Общие» используется для определения параметров сканирования или количества шагов на миллиметр движения горелки или энергии фотонов.

Используйте вкладку LS для установки желаемой энергии фотонов и используйте вкладку двигателя для перемещения горелки в нужное положение горелки. Далее используйте вкладку P 78 86 и кнопку установки параметров в ней. Чтобы задать параметры сбора данных, определите двигатель или энергию LS, которые будут активными.

Вставьте действительный путь к файлу и имя в соответствующие поля и нажмите кнопку «Старт», чтобы получить аэрозольные масс-спектры. Здесь показан типичный масс-спектр газов, отобранных методом отбора проб пламени из предварительно смешанной горелки низкого давления. Идентичность веществ, участвующих в сигнале, выявляется с помощью фотоионизационных кривых или PIE-кривых для каждого отношения основного заряда и их сравнения с известными энергиями ионизации изомеров и PIE-кривыми.

Типичные примеры кривых PIE с выборкой пламени показаны здесь. Для основного заряда коэффициент равен 39 и 41. Данные взяты из метрического пропанового пламени.

Сигнал однозначно идентифицируется по характерным порогам ионизации, которые исходят от стабилизированных ариальных и аллельных радикалов. Для многих значений отношения основного заряда несколько изомеров обычно идентифицируются путем наблюдения за несколькими пороговыми значениями. Многие примеры широко обсуждались в литературе.

Например, коэффициент основного заряда равен 40 для алена и пропана, 44 для этанола и ацетальдегида 54 для одного, трех бутадиенов, одного бутана и двух бутана или 78 для фулина и бензола. После того, как изомерный состав изомера, масс-спектры берутся при различных энергиях фотонов и в разных положениях пламени, чтобы можно было определить специфичные для изомера профили молярных долей отдельных веществ. В зависимости от расстояния от поверхности горелки здесь показаны репрезентативные профили молярных долей фулина и бензола в геометрическом пропановом пламени STO от предварительно смешанной горелки низкого давления.

Для каждого пламени, как правило, определяется в общей сложности от 40 до 50 отдельных профилей мольной доли для веществ, варьирующихся от основного коэффициента заряда, равного единице, до основного коэффициента заряда, равного 78 или даже выше, в зависимости от научных целей. Эти профили молярных долей затем используются для оценки прогностических возможностей моделей химии горения и их валидации. Здесь показан типичный аэрозольный масс-спектр, взятый изнутри пропанового противонаправленного диффузионного сигнала диффузии пламени, наблюдался для веществ с отношением основного заряда в диапазоне от 150 до 600 с пиком около 202.

В настоящее время невозможно идентифицировать все виды, наблюдаемые в масс-спектре, или разгадать их возможные пути формирования. Здесь приведен показательный пример, когда отношение массы заряда равно 256. Аналогичные профили могут быть получены и для любого из других веществ, которые, следовательно, могут быть использованы в качестве целей валидации для любой модели химического процесса горения.

Освоив эту технику, опытный оператор может использовать эту технику для записи полного набора данных о пламени всего за несколько часов.