Горение Характеристика и модель развития топлива для микро-трубчатые пламени при содействии топливных элементов

Общая цель данного эксперимента по определению характеристик горения заключается в разработке модели выхлопных газов сгорания путем смешивания интересующих видов выхлопных газов с целью испытания твердооксидного топливного элемента в смеси. Этот калькулятор maxsold может помочь ответить на ключевые вопросы в области твердооксидных топливных элементов, например, образуется ли меньше интенсивного сгорания вместо эндотермического риформинга топлива. Основное преимущество этой технологии заключается в том, что мы можем разработать модель выхлопных газов сгорания для испытаний топливных элементов без фактической разработки всего прототипа горелки и топливного элемента.

Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, так как процедуру экспериментальной установки, меры предосторожности и устранение неполадок может быть трудно понять, читая только рукопись. Постройте прибор для определения характеристик с помощью подготовленной камеры сгорания на стенде с источниками воздуха и метанового топлива. Выберите регуляторы массового расхода на основе ранее определенных расходов.

Для этого эксперимента используйте контроллер для метана со скоростью 40 литров в минуту. Используйте контроллер со скоростью 200 литров в минуту для подачи воздуха. Далее приобретаем медную трубку и подключаем ее к выходу источника метана.

Оттуда подсоедините трубку к регулятору массового расхода топлива. Аналогичным образом подключите регулятор массового расхода воздуха к его источнику. Для безопасности добавьте односторонний клапан после регулятора расхода метана.

Сориентируйте клапан так, чтобы поток отводился только от контроллера, и подключите его к выходу контроллера. Затем используйте медные трубки для объединения потоков воздуха и регуляторов расхода топлива. Пусть потоки от контроллеров поступают в Т-образный разъем.

В качестве дополнительных мер безопасности поместите пламегаситель и еще один односторонний клапан после Т-образного разъема. В этой конфигурации односторонний клапан сначала подключается к Т-образному разъему, ориентированному таким образом, чтобы пропускать поток от Т-образного разъема. Далее идет пламегаситель.

В исходных емкостях для газов установите регуляторы на соответствующее давление. Для этого эксперимента это 138 килопаскаль. Вернувшись на стенд, получите решение для обнаружения утечек, чтобы проверить все трубки на герметичность.

Когда регуляторы расхода включены, нанесите раствор для обнаружения утечек щеткой на медную трубку. Убедитесь, что нет пузырей, которые могли бы указывать на утечку. На этом этапе обратите внимание на камеру сгорания и прикрепленную к ней горелку.

В этой камере уже установлены термопары типа К, кончики которых находятся в центре камеры. Отверстия по всей длине камеры предназначены для анализа выхлопных газов сгорания и термопар. Установите термопары с помощью компрессионных фитингов, соответствующих их диаметру.

Чтобы добавить термопару, начните со штока компрессионного фитинга, который уже находится в стенке камеры. Поместите в стебель подходящий высокотемпературный металлический ферал. Далее опускаем на шток компрессионную гайку с продетым через нее щупом термопары.

Протолкните щуп термопары так, чтобы его конец оказался в центре камеры. Затем затяните компрессионную гайку, чтобы герметизировать камеру от утечек из этого отверстия. Подключите термопары к компьютерной системе для сбора данных и управления.

Вернитесь для подключения выхода регуляторов массового расхода к горелке камеры сгорания. Для этого используйте медные трубки, чтобы направить поток от одностороннего клапана в камеру сгорания. Последним дополнением является оборудование для тестирования выхлопной системы, которое здесь уже собрано.

Для этого выпускное отверстие в камере позволяет газам поступать в медную трубку. Эта трубка входит в трехходовой клапан. Одним из выходов клапана является трубка, ведущая к газовому хроматографу.

Другой выход — трубка, которая идет в 25-миллилитровый шприц, используемый для забора и перенаправления выхлопных газов. Теперь эту настройку можно использовать для определения характеристик. Перед тестированием подготовьте шприц и трехходовой клапан.

Сначала полностью вставьте поршень шприца. Затем убедитесь, что трехходовой клапан открыт со стороны выпускного отверстия. Подойдите к компьютеру, чтобы запустить подачу топлива и воздуха и начать сбор данных.

Для легкого воспламенения инициируйте поток воздуха и метана, используя богатую смесь. Возьмите бутановую зажигалку и двигайтесь до конца камеры сгорания. Когда это будет безопасно, подожгите смесь.

Прежде чем продолжить, проведите визуальную проверку, чтобы убедиться, что пламя стабилизировалось на передней части горелки. Это пламя изменяется по мере того, как поток воздуха медленно регулируется до желаемого значения, чтобы избежать гашения пламени. Тем временем следите за температурой термопары и записывайте данные о температуре, когда температура стабилизируется.

Теперь подойдите к шприцу, подключенному к трехходовому клапану. Потяните поршень назад, чтобы удалить остаточные газы и выхлопные газы из выпускного отверстия. С помощью трехходового клапана откройте сторону газового хроматографа и закройте сторону выпускного отверстия.

Продолжайте нажимать на поршень, пока все выхлопные газы не будут отправлены на газовый хроматограф. Верните клапан, чтобы шприц мог удалить больше остаточных газов и выхлопных газов. Продолжайте извлекать газ и впрыскивать его в газовый хроматограф до тех пор, пока не будут удалены все остаточные газы.

Когда все остаточные газы будут удалены, извлеките окончательный образец выхлопных газов для анализа. Поверните трехходовой клапан и протолкните выхлопные газы в газовый хроматограф. Проведите анализ с помощью газового хроматографа и запишите данные.

Затем выберите другой расход воздуха и повторите анализ для нового соотношения эквивалентов. Эти результаты анализа химического равновесия метана и горения воздуха позволяют прогнозировать термодинамическое равновесие состава выхлопных газов при различных соотношениях эквивалентов. Левая вертикальная ось показывает объемное процентное содержание газообразного азота, нанесенное черным цветом.

Правая вертикальная ось показывает объемную процентную шкалу для продуктов выхлопных газов и других молекул. Этот анализ не обязательно будет полностью соответствовать данным эксперимента, но должен указывать на ожидаемые тенденции и величину результатов. Первоначальные экспериментальные данные для камеры сгорания не соответствовали тенденциям, ожидаемым от анализа химического равновесия.

Например, данные о молекулярном кислороде, выделенные красным цветом, указывают на высокую концентрацию при высоких коэффициентах эквивалентности по сравнению с низкими коэффициентами эквивалентности. Это возможный признак неполного перемешивания или обратного потока в камере сгорания, что подтверждают другие данные. Когда обратный поток выявлен и предотвращен, данные в большей степени согласуются с тенденциями, ожидаемыми при анализе химического равновесия.

После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как охарактеризовать выхлоп сгорания и построить модель дымососа для испытаний топливных элементов. Не забывайте, что работа с горением может быть чрезвычайно опасной, и при выполнении этой процедуры всегда следует использовать такие меры предосторожности, как пламегаситель, односторонние клапаны и другие средства индивидуальной защиты. После этой процедуры другие методы, такие как интеграция топливного элемента и горелки, могут помочь ответить на дополнительные вопросы о долгосрочной стабильности работы, осаждении углерода и общей эффективности системы топливного элемента с пламенем.