Химия горения топлива: количественные видообразования данные, полученные из атмосферы высокой температуры потока реактора с сочетании молекулярно лучевой масс-спектрометр

Общая цель этого эксперимента состоит в том, чтобы получить представление о химически активных химических веществах в процессе горения и исследовать химический состав горения технических топлив и компонентов топлива. Этот метод может помочь ответить на вопросы в области химии горения и образования загрязняющих веществ, таких как образование сажи. Одним из основных преимуществ этого метода является получение общего представления о химических веществах и обнаружение даже высокореактивных радикальных соединений без предварительных знаний.

Этот гибкий инструмент позволяет наблюдать за кинетикой химической газовой фазы в хорошо контролируемых условиях. Эти данные могут быть использованы для валидации кинетической модели и стратегий оценки топлива. Широкий диапазон условий эксплуатации, доступных для такого реактора с ламинарным потоком, обеспечивает доступ к приложениям сжигания, которые обычно недостижимы при экспериментах с пламенем.

На схеме системы проточного реактора показаны все основные компоненты. Печь соединена с установкой MBMS с системой определения времени полета или системой обнаружения TOF, монтируется в направлении отбора проб и с системой подачи газа. Во-первых, нагрейте духовку до заданной начальной температуры, которая является самой высокой температурой в назначенной серии измерений.

Подготовьте спектрометр TOF для обнаружения промежуточных видов. Теперь подготовьте квадрупольный спектрометр для детектирования основных видов, поместив его в ионизационную камеру системы MBMS и запустив программное обеспечение. Чтобы подготовить систему подачи топлива, сначала подготовьте металлический шприц для подачи топлива.

Затем наполните металлический шприц 30 миллилитрами образца топлива. После этого нагнетайте давление в металлический шприц до пяти бар, открыв клапан и добавив в систему сжатый воздух. Затем прогрейте испаритель и топливопроводы.

Для этой экспериментальной конструкции установите систему водяного охлаждения на 80 градусов Цельсия, чтобы разбавленное топливо не могло реконденсироваться в самой холодной точке системы, которая является температурой в этом фланце к печи. Установите духовку в положение для отбора проб, близкое к значению плато пространственного профиля температуры печи. Затем начните выбор разбавителя, добавив газ в массовый расходомер Кориолиса.

Начните непрерывную запись данных нажатием на кнопки запуска в программном обеспечении TOF и квадруполь. Добавьте кислород в качестве окислителя, установив соответствующее условие расхода в программном обеспечении массового расходомера Кориолиса. Наблюдайте за поступающим окислителем как за новым пиком в масс-спектре.

Далее долейте топливо, установив соответствующее условие расхода массового расходомера Кориолиса. Проверьте спектр, чтобы убедиться, что достигнуто полное окисление и наблюдается ли стабильный сигнал массы углекислого газа. После периода стабилизации нанесите на печь непрерывное нарастание температуры на 200 Кельвинов в час, что приведет к типичному времени измерения в два часа за один запуск.

При определенной температуре печи во время рампы наблюдайте быстрое изменение масс-спектра, при этом исчезают отдельные продукты сгорания и появляются небольшие промежуточные продукты сгорания. С дальнейшим понижением температуры видимые промежуточные продукты становятся все больше и больше. При низких температурах духовки можно наблюдать только сигнал топливных соединений и кислорода.

Когда конечная температура стабилизируется, выключите окислитель. Продолжайте запись измерений и проводите измерения характеристик топлива в условиях без окислителя. После этого выключите топливо в программном обеспечении кориолисового массового расходомера, установив значение в ноль.

Затем остановите запись данных, нажав кнопки «стоп» в программном обеспечении. Для решения проблем с калибровкой установите закрытую камеру перед конусом отбора проб. Затем откройте клапан насоса для опорожнения камеры.

Для калибровки используйте бинарные смеси или коммерческие калибровочные газы. Затем снова запустите программное обеспечение TOF без записи данных. Отрегулируйте давление в калибровочной камере с помощью игольчатого клапана, чтобы получить интенсивность сигнала выше отношения сигнал/шум и ниже предела насыщения.

После этого запустите калибровочные измерения и включите запись данных. При каждой зарегистрированной температуре для каждого выбранного вида вычислить его молярную долю по соответствующему сигналу. Затем закупорьте профили мольной фракции в зависимости от температуры духовки.

Здесь показан типичный масс-спектр отбираемого газового состава. Пики интегрированы для каждого отношения массы к заряду для оценки не полностью разрешенных сигналов. Сигналы строятся в зависимости от средней температуры интервала 2,5 Кельвина, в результате чего получается типичный график зависимости молярной доли от температуры печи.

Пространственные профили молярных долей формальдегида и ацетилена, полученные в результате стехиометрического измерения метана, показывают совпадение между измеренными данными и значениями кинетической модели для основных компонентов и промежуточных веществ. Здесь изображен потенциальный состав реактивного топлива,-ментан, с основными профилями видов. Получена стехиометрическая зависимость этилена и формальдегида, а также выделенные промежуточные вещества для стехиометрических условий.

При установке проточного реактора профиль кислорода и топлива начинается с максимума при низких температурах и расходуется по мере повышения температуры. Более высокая молярная доля прекурсоров сажи, пропаргилового радикала и бензола, измерена для p-метана по сравнению с Jet A-1 и фарнезаном, что указывает на более высокую склонность к образованию загрязняющих веществ. Для фарнезана измеряются более низкие молярные фракции для обоих видов по сравнению с p-метаном и топливом Jet A-1.

После своего развития этот метод проложил путь для исследователей в области будущих стратегий проектирования топлива для изучения кинетики сгорания и образования загрязняющих веществ для традиционных и альтернативных видов топлива и компонентов.