كيمياء احتراق الوقود: انتواع كمية البيانات المتحصل عليها من على مفاعل الغلاف الجوي درجات حرارة عالية تدفق مع اقتران مطياف كتلة جزيئية شعاع

Summary

تحقيق في كيمياء الاحتراق الأكسدة رواية الوقود الأحيائي، ومكونات الوقود، أو وقود الطائرات بمقارنة كمية انتواع يتم تقديم البيانات. البيانات يمكن استخدامها للتحقق من صحة نموذج الحركية وتمكن استراتيجيات تقييم الوقود. يصف المفاعل الغلاف الجوي درجات الحرارة المرتفعة تدفق هذه المخطوطة ويوضح قدراته.

Abstract

ويصف هذه المخطوطة تجربة مفاعل تدفق الحرارة العالية بالإضافة إلى تقنية قوية الشعاع الجزيئي الكتلي (مبمس). ويقدم هذا أداة مرنة مراقبة مفصلة لحركية الكيميائي في المرحلة الغازية في التدفقات في رد الفعل تحت ظروف خاضعة للرقابة جيدا. مجموعة واسعة من ظروف التشغيل المتوفرة في مفاعل الاندفاق الصفحي تمكن من الوصول إلى تطبيقات الاحتراق غير العادية التي عادة ما لا يمكن تحقيقه بتجارب اللهب. وتشمل هذه الشروط الغنية في درجات حرارة عالية ذات الصلة لعمليات تغويز، كيمياء أكسي تحكم نظام الأكسدة درجة الحرارة منخفضة أو التحقيقات الوقود التقنية المعقدة. يسمح الإعداد عرض قياسات البيانات الكمية انتواع لرد فعل نموذج التحقق من صحة الاحتراق، التغويز وعمليات انحلال حراري، بينما تسمح لفهم عام منهجي للكيمياء رد فعل. يتم إجراء التحقق من صحة نماذج ردود الفعل الحركية عموما بالتحقيق في عمليات الاحتراق للمركبات النقية. تم تحسين المفاعل تدفق لتكون مناسبة للوقود التقنية (مثل خليط متعدد العناصر مثل Jet A-1) للسماح بتحليل الظواهر التي تحدث الاحتراق وسيطة مثل السناج السلائف أو الملوثات. تسمح شروط الحدود التي تسيطر عليها وقابلة للمقارنة المقدمة من التصميم التجريبي للتنبؤات المتعلقة بالملوثات تشكيل الاتجاهات. ويتم تغذية كواشف مختبر الباردة خلط في المفاعل التي هي الغاية المخفف (في حوالي 99% المجلد في Ar) بغية قمع ردود فعل احتراق مكتفية ذاتيا. خليط مادة التفاعل التدفق الصفحي يمر عبر حقل درجة حرارة معروفة، في حين يتحدد تكوين الغاز في عوادم المفاعلات كدالة لدرجة حرارة الفرن. يتم تشغيل المفاعل تدفق في الضغط الجوي مع درجات حرارة تصل إلى 1,800 ك. وتجري القياسات نفسها بتقليل درجة الحرارة بمعدل إخفاق-200 كيلو/ساعة. مع تقنية MBMS الحساسة، يكتسب انتواع تفصيلاً البيانات وقياسها كمياً لما يقرب من جميع الأنواع الكيميائية في عملية رد الفعل، بما في ذلك الأنواع المتطرفة.

Introduction

فهم عمليات الاحتراق في أعقاب الحديث، الوقود منخفضة الانبعاثات من المصادر المتجددة يمثل تحديا للمواضيع الاقتصادية والإيكولوجية في مجتمعات اليوم. لديهم إمكانات لخفض اعتمادنا على الوقود الأحفوري وموازنة انبعاثات أول أكسيد الكربون₂ ويكون لها تأثير إيجابي على انبعاثات الملوثات الضارة مثل السناج والسلائف السامة¹. الجمع بين هذا المجال المتنامي بسرعة مع الاستفادة منها في النظم الحديثة combustor، على فهم أساسي للعمليات الكيميائية والفيزيائية الحاكمة قد ازداد الطلب كبير². وحتى اليوم، شبكات معقدة من التفاعلات الكيميائية الناتجة سلسلة من ردود الفعل المتطرفة التي لا تزال غير مفهومة تماما. لتحليل أو حتى السيطرة على ظواهر مثل تشكيل المواد الملوثة أو عمليات الإشعال (تلقائي)، المعرفة التفصيلية لشبكات التفاعل الكيميائي قطعة حاسمة ل لغز³.

للتحقيق، وفهم تلك الشبكات تفاعل كيميائي، إلزامية النهج التجريبية والعددية. تجريبيا، هو دراسة كيمياء الاحتراق عادة بتطبيق التجارب مع بيئات تدفق مبسطة ومنضبطة توجيه أسئلة محددة. عالية من تعقيد وديناميات العمليات الفرعية الفردية منع الاستنساخ الدقيق لظروف تقنية غرف من التجارب الأساسية، بينما يسمح لتعقب الميزات الرئيسية المعينة مثل درجة الحرارة والضغط والحرارة الإصدار، أو الأنواع الكيميائية. فجر اليوم، أصبحت الحاجة إلى نهج تجريبية مختلفة الظاهر، كل معالجة مسألة محددة، وتوفير مجموعة لاحقة من المعلومات التي تسهم في الصورة العالمية الشاملة لكيمياء الاحتراق. بنجاح وقد وضعت لتغطية النطاق الكامل للأوضاع وجمع تلك مجموعات المعلومات اللاحقة لوصف الظروف المعقدة التي تحدث في النظم التقنية نهج مختلف. وتشمل تقنيات راسخة:

• صدمة أنابيب^4،،من⁵⁶ و آلات الضغط السريع⁷. توفر هذه الأجهزة مراقبة ارتفاع الضغط ودرجة الحرارة على نطاق واسع. ومع ذلك، موجوداً وقت رد الفعل وتقنيات تحليلية مناسبة محدودة.
• الصفحي لهيب خلط^3،،من^89،10،11 تعتبر مثالية للحصول على ظروف الحرارة العالية في تركيبة مع حقل تدفق بسيطة. نظراً للبعد المكاني لمنطقة رد الفعل يتناقص مع تزايد الضغوط، لهيب خلط عادة التحقيق في ظروف الضغط المنخفض لأغراض انتواع.
• كونتيرفلوو انتشار النيران^12،13،،من¹⁴¹⁵ تعتبر مثالية للتحقيق في نظام فلاميليت في الاحتراق المضطرب. تحاكي السلالة بسبب إينهوموجينيتيس في تدفق المضطرب حقيقية، ولكنها محدودة جداً، مرة أخرى، في التقنيات التحليلية انتواع.
• مفاعل مختلف تجارب^16،،من¹⁷¹⁸ (ثابت، المقلبة والتوصيل-تدفق) توفر الوصول إلى الضغط العالي بيئات، بينما تكون درجات الحرارة عادة أقل بالمقارنة مع بيئات اللهب. النهج المشتركة:
  • مفاعلات ثابتة تستخدم على نطاق واسع لمثل نبض التحلل الضوئي التجارب، ولكن بصورة عامة محدودة بأوقات الإقامة الطويلة ودرجات الحرارة المنخفضة.
  • تعتمد على كفاءة خلط الطور الغازي حركت جت المفاعلات، أي غاز في صيغة مفاعل المقلبة تماما (PSR)، ويمكن أن تعمل في حالة مستقرة مع الوقت الإقامة المستمرة، ودرجة الحرارة والضغط، مما يجعل من السهل لنموذج. ومع ذلك، جزيئات لديهم الوقت لترحيل للسطوح الساخنة وتفاعلات غير متجانسة.
  • العديد من النهج مفاعل تدفق معروفة، مع المفاعل تدفق التوصيل (فر) كواحدة من الأساليب الأكثر شعبية لوصف التفاعلات الكيميائية في أنظمة المستمر، تتدفق من الهندسة أسطواني. قم بتوصيل التدفق يفترض الشروط في حالة مستقرة مع الوقت الإقامة الثابتة للمكونات كدالة لموقفه بفرس المثالي.

مكملة لتلك التقنيات القيمة في مجال حركية الاحتراق التجريبية، مفاعل الاندفاق الصفحي درجة الحرارة العالية تجربة^19،20 توظيف تقنية الشعاع الجزيئي الكتلي (مبمس) للبحث عن المفقودين وتقدم التنمية الأنواع بالتفصيل^21،22 هنا. ظروف التدفق الصفحي، العامل في الضغط الجوي ودرجات الحرارة موجوداً حتى 1,800 ك هي الخصائص الرئيسية للمفاعل التدفق، بينما تسمح تقنية MBMS الحساسة في الكشف عن ما يقرب من جميع الأنواع الكيميائية الموجودة في احتراق عملية. وهذا يشمل الأنواع عالية التفاعل مثل الجذور التي لا أو لا يكاد يمكن تتبعها بالكشف عن أساليب أخرى. تقنية MBMS يستخدم على نطاق واسع للتحقيق مفصلة في رد فعل شبكات في السنة اللهب من أنواع الوقود البديلة التقليدية والحديثة، مثل الكحول أو الاثير^23،،من²⁴²⁵ وقد أثبتت أن الحصول على قيمة كبيرة لتطوير النماذج الحركية الحديثة.

ويبين الشكل 1 التخطيطي مفاعل تدفق الحرارة العالية مع إطار التكبير للتحقيق أخذ العينات (A) وإعداد اثنين من صور تبرز التجربة الشاملة (ب) والتحقيق (ج). يمكن تقسيم النظام إلى جزأين: الأول، مفاعل تدفق الحرارة العالية مع نظام المبخر وإمدادات الغاز والثانية، ونظام الكشف عن وقت الطيران MBMS. في العملية، شنت خروج أنبوب تدفق مباشرة إلى فوهة أخذ العينات للنظام مبمس. الغاز أخذ عينات مباشرة من مخرج المفاعل ونقلها إلى نظام الكشف عن فراغ عالية. هنا، يقوم التأين تاين الإلكترون مع الكشف عن وقت الطيران اللاحقة.

وقد المفاعل أنابيب قطرها داخلي 40 ملم (Al₂O₃) سيراميك طول مم 1,497 توضع في فرن درجة حرارة مرتفعة (مثلاً، جيرو، "نوع هتره" 40-1000). المقطع ساخنة إجمالي 1000 مليمتر في الطول. الغازات تغذيها خلط ويتبخر مسبقاً في المفاعل شفة خفف (عادة خفف إلى ~ 80 درجة مئوية). الغاية المخفف (ca. 99 المجلد % في Ar)، خليط مادة التفاعل التدفق الصفحي يمر من خلال ملف تعريف درجة حرارة معروفة (سوف يعطي تفاصيل بشأن توصيف درجة الحرارة أدناه). ويجري الكشف عن تكوين الغاز عند مخرج المفاعل كدالة لدرجة حرارة الفرن. تتم القياسات في مدخل ثابت التدفق الجماعي، بينما منحدر درجة حرارة تناقص إخفاق (-200 ك/ح) يتم تطبيقها على الفرن في نطاق ك 1,800 إلى 600 ك. علما أنه يمكن الحصول على نتائج مماثلة عندما يتم قياس درجات حرارة مميزة في ويعتبر فرن متحاور درجات الحرارة والخمول الحراري بشكل صحيح. الاستقرار الحراري للنظام لا يزال يحتاج إلى بعض الوقت، ويتم تحديد منحنى درجة الحرارة كحل وسط لمتوسط الوقت زيادة درجة الحرارة الصغيرة (تافهة) وقياس مجموع الوقت كل سلسلة. متوسط الوقت (45 ثانية) من MBMS يناظر 2.5 ك. أوقات الإقامة الناتجة هي حوالي 2 s (في 1,000 ك) لظروف معينة. وأخيراً، نظراً لإمكانية تكرار نتائج في درجة الحرارة، يمكن القول قريب الدقة لقياس درجات الحرارة لدقة ± 5 ك أو أفضل للتجربة المفاعل الحالي.

ويبين الشكل 2 التخطيطي للنظام فابوريزينج، الأمثل للتحقيق في المزائج الهيدروكربونية حتى المعقدة مثل وقود الطائرات التقنية. جميع تيارات الإدخال هي أجهزة الاستنشاق في عالية الدقة (دقة ± 0.5%) بعدادات التدفق الجماعي كوريوليس. يتحقق تبخر الوقود بنظام تجاري المبخر في درجات حرارة تصل إلى 200 درجة مئوية. هي يسخن جميع خطوط الإمداد بالوقود قبل يتبخر مع درجات الحرارة عادة 150 درجة مئوية لمنع تكثيف الوقود السائل، مع تجنب التدهور الحراري في الوقت نفسه. يتم فحص روتيني التبخر كاملة ومستقرة وقد تحدث حتى في درجات حرارة أقل من نقطة الغليان عادي للوقود الخاصة بكل منها. التبخر كاملة مكفولة بجزء صغير من الوقود وانخفاض الضغط الجزئي (عادة أقل من 100 Pa) المطلوبة.

الغازات هي عينات من مخروط كوارتز في خط الوسط لخروج المفاعل في الضغوط المحيطة (حوالي 960 hPa) كما ينظر إليها بمزيد من التفصيل في إطار التكبير من الرقم 1. وقد طرف فوهة من فوهة 50 ميكرومتر، الذي يقع تقريبا 30 مم داخل أنبوب السيراميك في نهاية منطقة رد الفعل. ملاحظة، أن موقع أخذ العينات هو ثابت فيما يتعلق بالمدخل. التمدد الحراري لأنابيب الفرن تأخذ مكان على المعبر، الذي لا يرتبط ميكانيكيا لنظام أخذ العينات الناتجة في درجة حرارة طول مستقلة من الجزء المتعلق برد فعل فقط. هي تطفئ جميع ردود الفعل فورا بسبب تشكيل شعاع الجزيئية، عندما يتم توسيع الغازات في التفريغ العالي (مرحلتين الضخ التفاضلية؛ 10^-2 و 10^-4 باسكال)^25،26. ويسترشد العينة لمصدر أيون إلكترون تأثير (الصناعات الاستخراجية) وقت الطيران (TOF) مطياف كتلة (كتلة القرار R = 3,000) قادرة على تحديد الشامل الدقيق للأنواع الحالية في الدقة مناسبة لتحديد تكوين عنصري داخل ح ج/ &/O النظام. يتم تعيين طاقة الإلكترون إلى قيم منخفضة (عادة 9.5-10.5 eV) للتقليل من تشتت نتيجة عملية التأين. ملاحظة أن الأرجون الأنواع مخفف والإشارة لا تزال قابلة للكشف بسبب توزيع الطاقة واسعة النطاق من الإلكترونات المؤينة (1.4 eV فوهم). بينما يمكن أن يقاس ع مع حسن S/N, الإلكترونات منخفضة الطاقة لا تسمح لتصميم كافية للأنواع الرئيسية (ح₂س، أول أكسيد الكربون₂CO، ح₂، س₂، والوقود) الملامح، وحاليا في تركيزات أقل هامة .

بالإضافة إلى الكشف عن طريق TOF، يوضع غاز المتبقي محلل (رجا)، أي مطياف كتلة الرباعي، في قاعة التأين لرصد الأنواع الستة أعلاه مع طاقة إلكترون أعلى (70 eV) في نفس الوقت للقياسات MBMS TOF.

Protocol

1. إعداد الحزمة الجزيئية مطياف كتلة (مبمس) ونظام مفاعل تدفق

1. وعينت حرارة الفرن إلى درجة الحرارة ابدأ، وهي أعلى درجة حرارة في سلسلة القياس المعينة. لشروط نموذجية من Jet A-1 مع Φ = 1، يلاحظ أكسدة المجموع أقل من 850 درجة مئوية (~ 1,100 ك). يعتمد اختيار درجات حرارة البداية الصحيحة على الطبيعة الكيميائية للوقود يتم التحقيق وفي ستويتشيوميتري (Φ).
2. إعداد وقت الطيران (TOF) مطياف للكشف عن الأنواع المتوسطة. مطياف TOF هو الانحياز إلى الحزمة الجزيئية ويوفر بالتالي اكتشاف موثوق بها من الأنواع مجا.
   ملاحظة: القرار الجماعي مناسبة لتحديد تكوين عنصري في نظام ج/ح/س. تجنب التجزئة، اختار التأين ميسرة الشروط. القيم عادة 9.5 إلى 10.5 eV ثبت مناسبة لدراسة نموذجية لاحتراق المواد الوسيطة.
3. إعداد مطياف الرباعي للكشف عن الأنواع الرئيسية.
   ملاحظة: نظراً لأن مطياف الرباعي (وتسمى أيضا "محلل الغاز المتبقية"، رجا) يوضع داخل غرفة تاين للنظام MBMS القريبة الحزمة الجزيئية، يتم قياس الغازات منتشرة في الجدار الخلفية فقط. منذ الأنواع الرئيسية مستقرة، يعكس الضغط الخلفية كذلك تركيزهم على تلميح أخذ العينات. لأفضل نسبة الإشارة إلى الضوضاء، واختيار من طاقة عالية تاين 70 eV في هذه الحالة.

2-إعداد العينة الوقود

1. إعداد محقنة معدنية للتزود بالوقود.
   تنبيه: استخدام معدات الوقاية الشخصية المناسبة لمعالجة الوقود.
   1. ملء 30 مل العينة الوقود للمحاقن المعدنية المبخر.
   2. الضغط على نظام الإمداد بالوقود (المحاقن المعدنية) ما يصل إلى 5 بار عن طريق إضافة الهواء المضغوط للنظام على الرغم من فتح الصمام.
   3. التنفيس عن خطوط الوقود ومقياس تدفق جماعي كوريوليس بفتح الصمامات في خطوط الإمداد بالوقود.
2. تسخين المبخر وخطوط الإمداد بالغاز. في إعداد معين، يمكن تطبيق درجات الحرارة الآن أقل من نقطة الغليان الضغط العادي بسبب تخفيف تركيز عالية. تأكد من أن ضغط البخار عند درجة حرارة معينة المجمع غليان أعلى من الوقود أعلى من الضغط الجزئي في تيار الغاز. عادة ما يكون 200 درجة مئوية كافية ل Jet A-1.
3. لاحظ أن المكان برودة في النظام هو شفة مدخل خفف إلى الفرن. تأكد من الوقود المخفف لا ريكوندينسي في هذا المكان. Jet A-1 نموذجية (99 ٪ تمييع) الإعداد مياه التبريد إلى 80 درجة مئوية كافية.

3-اقتناء القياس والبيانات

1. مكان الفرن إلى موقف أخذ العينات. يجب أن يوضع المخروط أخذ العينات داخل الفرن السيراميك أنبوب. في هذه التجربة، وموقع أخذ العينات قريبة من الهضبة قيمة الشخصية المكانية درجة حرارة الفرن.
   ملاحظة: الصورة في الشكل 1 يبين المخروط والمفاعل. يتم نقل المفاعل ساخنة (الأزرق) على القضبان نحو المخروط الكوارتز.
2. تبدأ مادة الاختيار عن طريق إضافة الغاز من خلال مقياس تدفق جماعي كوريوليس.
   ملاحظة: يتم التحكم عدادات التدفق الجماعي بحزمة البرامج الأصلية. وهنا، يمكن تعيين قيم التدفق الجماعي. عادة، يستخدم الأرجون 99%. بشكل عام، للوقود السائل، تدفق مادة قد يكون تقسيم لتيارات الغاز المبخر ومؤكسد باستخدام مقياس تدفق جماعي كوريوليس إضافية موازية لكوري تدفق 2 يمر خط ساخن ومتصلة مباشرة بتيار المؤكسد من 3 تدفق كوري.
3. بدء تسجيل مستمر البيانات (TOF والرباعي) باستخدام البرنامج الآلي المعينة.
   ملاحظة: انقر فوق ابدأ الزر في البرنامج الرباعي. انقر فوق الزر ابدأ في البرمجيات TOF.
   1. إضافة مؤكسد س₂ بواسطة تعيين حالة التدفق المناسب كوريوليس مقياس تدفق البرنامج. مراقبة المؤكسد الواردة كذروة جديدة في الطيف الشامل.
4. إضافة الوقود بواسطة تعيين حالة التدفق المناسب لمقياس التدفق الجماعي كوريوليس.
   1. تحقق من الأطياف. إذا تحققت أكسدة كاملة في حالة الظروف العجاف والمقايسة، نلاحظ إشارة جماعية₂ CO مستقرة.
5. عندما تكون كثافة إشارة مستقرة للقياسات 4 إلى 5، تنتهي فترة استقرار. بعد فترة استقرار، تطبيق منحدر تسوس درجة الحرارة المستمر عادة-200 ك/ساعة بالفرن. وهذا يؤدي إلى قياس نموذجي أوقات ح 2 كل قياس تشغيل.
   1. عند درجة حرارة فرن محددة خلال المنحدر، نلاحظ تغيير سريع من أطياف الجماعية. سولي نواتج الاحتراق (ح₂س، CO₂ وأول أكسيد الكربون، ح₂ في الحالات الغنية) تبدأ تختفي ووسيطة الاحتراق الصغيرة تصبح قابلة للاكتشاف.
      ملاحظة: مع زيادة انخفاض درجة الحرارة، تصبح وسيطة تظهر أكبر وأكبر. درجات حرارة الفرن البارد، يمكن ملاحظتها فقط الإشارة من مجمعات الوقود والأكسجين؛ ردود فعل لا تجري في الوقت الحاضر إقامة المفاعل.
6. واستقرت عند درجة الحرارة النهائية (عادة 500 درجة مئوية؛ 10 دقيقة)، إيقاف المؤكسد.
   1. تواصل تسجيل القياسات. الحصول على توصيف الوقود القياسات (تكوين التجزئة) في ظروف دون المؤكسد.
7. إيقاف الوقود في البرنامج الشامل تدفق متر كوريوليس بإعداد القيمة إلى 0. سوف لا تزال تسجل البيانات؛ استخدم هذه الأطياف لقياس الخلفية.
8. وقف بيانات التسجيل بواسطة النقر فوق الزر "إيقاف" في البرنامج.

4-معايرة قياسات

1. لمعايرة القضايا، جبل دائرة مغلقة أمام المخروط أخذ العينات.
   ملاحظة: هو الدائرة المغلقة بأنبوب، التي وضعت أمام الفوهة باليد.
2. فتح صمام مضخة. هو إخلاء الدائرة.
3. تطبيق مزائج ثنائي (المواد الهيدروكربونية للفائدة و Ar) أو الغازات المعايرة التجارية للمعايرة. للمظاهرة، يتم استخدام خليط غاز حسب الطلب مع أول أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون₂ والارغون هنا.
4. ضبط الضغط في الدائرة المعايرة بصمام إبرة للحصول على كثافة إشارة أعلى نسبة إشارة إلى الضجيج وأقل من حد التشبع.
5. بدء القياسات المعايرة بالبدء في تسجيل كإجراء لقياس الفردية في 3.5 عن طريق النقر فوق الزر ابدأ في البرنامج TOF البيانات.

5-معالجة البيانات

ملاحظة: يجب أن تتطابق الأطياف مشفر لدرجة حرارة الفرن كل منهما أن يتم تسجيلها في.

1. في كل درجة الحرارة المسجلة، لكل نوع من الأنواع المختارة، حساب الخلد جزء من إشارة المقابلة. ارسم ملامح الكسر الخلد مقابل فرن درجة الحرارة (الشكل 3).

Representative Results

ويرد في الشكل 3طائفة جماعية نموذجية لتكوين عينات الغاز. مع إعداد معين قرار جماعي حوالي 3000، الأنواع حتى m/z = 260 لك يمكن الكشف عنها ضمن نظام ج/ح/س. بعد إجراء معايرة شامل، تتكامل القمم لكل نسبة الكتلة للتهمة (m/z) مع خوارزميات deconvolution لتقييم--حل الإشارات. بعد التصحيحات الخلفية والتجزؤ، الإشارة يمكن قياسها كمياً باستخدام عوامل المعايرة المناسبة مقابل نوع مرجع الوفاق المعروفة (عادة الأرجون غاز خامل). وتتوفر عدة استراتيجيات معقدة للحصول على عوامل المعايرة بما في ذلك قياسات الغاز الباردة مباشرة (كما هو موضح)، التأين الأدب عبر الأقسام أو إجراءات تقدير كاستراتيجيات جيدا كما الداخلية للمعايرة. اختيار المناسب يعتمد على الأنواع الفردية، وشروط القياس والبيانات المتاحة. للحصول على وصف مفصل عن الأساليب المطبقة واستراتيجيات راجع مراجع^18،28،،من²⁹³⁰. تتوفر إجراءات محددة لمفاعل تدفق في مواد تكميلية للرقم 21. وأخيراً يتم رسم الكسر الخلد ضد متوسط درجة الحرارة من الفاصل الزمني ك 2.5 المقابلة، أسفر عن فرن مقابل جزء نموذجي الخلد درجة حرارة مؤامرة هو مبين في الشكل 3 (ج).

لدراسة وفهم وتحليل شبكات معقدة من رد فعل في الاحتراق، أثبتت مفصلة النمذجة الحركية كأداة تكميلية قيمة. الأسلوب التجريبي قدم مفاعل الاندفاق الصفحي أثبتت عدة مرات^20،27 صلاحيتها كأساس لتطوير النماذج الحركية. توصيل بتقريب تدفق (يتم إهمالأي نشر، محوري كذلك شعاعي، ويفترض السرعة شعاعي موحدة) التدفق الصفحي أظهرت الميدانية لإعطاء تمثيل مناسب للظروف التجريبية. يسمح هذا تقريب للتحول المباشر من موقف المكانية يمكن تطبيقها x τ وقت رد فعل متميزة (الإقامة) ودراسة د 0 بسيطة لتطور الأنواع ودرجة الحرارة كدالة وقت رد الفعل فقط. ولذلك، يستخدم الشخصية المكانية درجة الحرارة كمعلمة إدخال لنموذج مفاعل الحصول على تطور الأنواع المشاركة على طول المحور مفاعل المكانية.

ويبين الشكل 4 ملامح الكسر الخلد المكانية فورمالدهايد والأسيتيلين لأربع درجات الفرن المحددة التي تم الحصول عليها من قياس₄ ²¹CH المقايسة. تنفيذ العمليات الحسابية الحركية نموذج تطبيق وحدة مفاعل تدفق التوصيل من مقاعد البدلاء العمل الكيميائية (CWB). يسمح هذا النهج للحسابات الفردية لكل درجة حرارة الفرن. يتم تنفيذ العمليات الحسابية تطبيق ملفات تعريف درجة الحرارة الفردية التي تم الحصول عليها من قانون قياس، كما هو مبين في الرقم 21، استناداً إلى قياسات درجات الحرارة التجريبية. ثم يتم رسم نتائج النموذج عند مخرج المفاعل ضد حرارة الفرن المقابلة لمقارنة النتائج التجريبية. لإظهار قدرات نموذجية من نتائج النمذجة، تنفيذ العمليات الحسابية استخدام إليه المؤتمر الصومالي الموحد-الثاني تم التحقق من صحتها جيدا³¹. كما يبين الشكل 4 ، هناك اتفاق ممتاز بين البيانات المقاسة وقيم النموذج الحركي للمكونات الرئيسية (الشكل 4 (A)) والمواد الوسيطة الأنواع (الشكل 4 (ب)).

وتظهر نتائج نموذجية لإجراء تحقيق واحد مكون من عمليات الأكسدة، في الشكل 5. الشكل 5 (أ) يشير إلى المحتملة جت الوقود المركب فمينثاني، تتميز بالتشكيلات الجانبية للأنواع الرئيسية، ويظهر الشكل 5(ب) اعتماد stoichiometry فورمالدهايد، الإيثيلين و الشكل 5(ج) تحديد متوسط الأنواع لشروط المقايسة. يتم الحصول على نتائج في الضغط المحيط والمقايسة (φ = 1.0) الظروف. تسلسل تفاعل مسكوكة الرئيسية، أي كواشف مختبر، والمنتجات، ويعطي مثالاً ممثل لهيكل لاحظ عادة في هذا النوع من المفاعلات التدفق. يتم قياس تكوين مدخل الاسمية حتى الاضمحلال في كسر الخلد الوقود الذي لوحظ عند درجة حرارة معينة. استهلاك الوقود وتحويلها أساسا إلى احتراق المواد الوسيطة. "الإشعال" يحدث عند س₂ والوقود معرض للحد منها أشد في تركيز CO₂ وح₂س يحمل على التدرج المتزايد أشد. تحت ظروف الهزيل للمقايسة، وهذا أيضا حيث يستهلك سرعة شركة وسيطة. تذكر عند استخدام تخفيف عالية في إعداد معين، لا ردود فعل ذاتية تحدث أو تكون مكبوتة على التوالي. تحليل كامل للاختلافات المقايسة، ومسارات التحلل الوقود أو السناج السلائف تشكيل حتى يمكن تنفيذها بواسطة استخدام البيانات للأنواع المتوسطة؛ لنطاق هذا القسم، يتم تجاهل مناقشة مطولة. يمكن استخدام البيانات المقدمة لتطوير نماذج التفاعل الكيميائي.

عادة، يتم إجراء التحقق من صحة نماذج ردود الفعل الحركية بالتحقيق في عمليات الاحتراق للمركبات النقية. وكخطوة تالية في التعقيد، يمكن استخدام الإعداد مفاعل تدفق الوقود تقنية تتألف من خليط متعدد العناصر مثل وقود الطائرات. ويبين الشكل 6 ملفات تعريف الأنواع الرئيسية للمقايسة (φ ج: = 1.0) وغنية (ب: φ = 1.5) الظروف. تكون التشكيلات الجانبية مماثلة لتلك المعروضة في وقت سابق. ومع ذلك، منحنى تحلل الوقود مزيج من عدة مركبات واحد عرض سلوك تسوس وقود نموذجية. س₂ والوقود التشكيلات الجانبية على حد سواء تبدأ كحد أقصى في درجات الحرارة المنخفضة وتستهلك كما يزيد درجة حرارة المفاعل. ويبين تحليل متعمق في الشكل 6(ج) المكونات الرئيسية التي وجدت في وقود الطائرات النفاثة والاستهلاك الفردي. وبصفة عامة، يمكن ملاحظة تسوس مماثلة لهذه الأنواع من المواد الهيدروكربونية. من المثير للاهتمام، إظهار الأنواع العطرية الانحراف معظم مع منطقة هضبة متميزة قبل الانحلال انحدارا، الذي تحول إلى درجات حرارة أعلى من حوالي 1,000 ك.

من تعزيز التجربة ليتم استخدامها مع تقنية الوقود (مثل خلائط متعددة العناصر)، تحليل الظواهر التي تحدث الاحتراق وسيطة مثل السناج السلائف أو الملوثات المحتملة. لهذا النوع من التحليل، إلزامية ظروف مماثلة. ووجد أن لديها نفس الظروف ج/ح، تتطلب هذه القيمة كمعلمة إدخال لتصميم قياس المستفيد. شروط الحدود التي تسيطر عليها وقابلة للمقارنة تمكين التنبؤات المتعلقة بالملوثات تشكيل الاتجاهات كما هو موضح للسناج السلائف البنزين أو بروبارجيل جذرية في الشكل 7. على حد سواء تتميز بشكل نموذجي الشخصية وسيطة مع تشكيل ونضوب أثناء عملية رد فعل. وبالإشارة إلى Jet A-1، يقاس كسر الخلد أعلى لكل الأنواع سيكلوالكاني فالميثان، مما يشير إلى ميل أعلى لنموذج الملوثات في كيمياء الاحتراق. هذه مثيرة للاهتمام، منذ بروبارجيل جذرية له سوى تأثير طفيف على تشكيل البنزين في احتراق الحلقي³². يتم قياس السلوك المعاكس تماما فارنيساني ألكان متفرع مع كسر الخلد أقل لكلا من الأنواع مقارنة بالرتبة فالميثان والوقود Jet A-1 مرجع. من المتوقع من حيث تشكيل السناج الناتجة عن عمليات الاحتراق، تأثير الحد على تلك الملوثات.

رقم 1: دلر التخطيطي تدفق الحرارة العالية المفاعل مع الصور- يظهر الفصل أسرع طريقة عرض مفصلة للواجهة أخذ العينات ومصدر التأين (A) مفصولة صمامات. ملاحظة أن الفرن درجة الحرارة العالية هي التي شنت على القضبان المنقولة ويتم إجراء أخذ العينات داخل الأنبوب في الضغط المحيط (ب). يتم عرض صورة فوهة الكوارتز والمصفاة في (ج). وقد اعتمد هذا الرقم من ص Oßwald وآخرون. ²¹ وكوهلر M. et al. ²⁷- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

رقم 2: نظام الوقود المرذاذ. التخطيطي للنظام المبخر للوقود السائل ومركبات واحدة مع الإعداد التجاري²² إلى مفاعل تدفق إعداد مدخل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الشكل 3: منحنى كسر الخلد الاستخراج من البيانات الخام إشارة- (أ) إشارة الخام النموذجية التي يوفرها نظام مبمس. قرار جماعي معين يسمح بالفصل بين الأنواع (ب) والتكامل من أجل مزيد من التحديد الكمي. التآمر الكسور الخلد مقابل درجة حرارة الفرن يعطي نتائج نموذجية لمفاعل الاندفاق الصفحي (ج). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الشكل 4: الحركية النمذجة لأكسدة الميثان المقايسة استخدام إليه المؤتمر الصومالي الموحد-الثاني³¹ . ملامح النتيجة النموذج المكاني (خطوط) للتشكيلات الجانبية لكسر النموذج الخلد فورمالدهايد (CH₂س) عند درجات حرارة الفرن المحددة ودرجة حرارة كل منها والأسيتيلين (ج₂ح₂) (أ). يتم عرض طريقة عرض تخطيطي للفرن على رأس الفريق. مقارنة النتائج التجريبية (الرموز) من الأنواع الرئيسية (ب) والمواد الوسيطة (ج)، عند النظر في سلالم درجات الحرارة. تم تحديث هذا الشكل من ص Oßwald وآخرون. ²¹- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الرقم 5: نتائج نموذجية لإجراء تحقيق واحد مكون من عمليات الأكسدة. ملامح هذه الأنواع الرئيسية (A) المحتملة جت الوقود المركب فالميثان والمقارنة للتبعية stoichiometry ج₂ح₄ والفصل₂س (ب). يتم إظهار الأنواع الوسيطة المختارة (ج) في ظروف المقايسة للحصول على معلومات فيما يتعلق رد فعل شبكات²². الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

رقم 6: انتواع بيانات Jet A-1 التحقيق. الأنواع الرئيسية في المقايسة (A) وغنية (ب) الشروط، فضلا عن الوقود المكون الخلد الكسور استنفاد (ج) تظهر كدالة لدرجة حرارة المفاعل. وتستهلك مكونات الوقود مع ارتفاع درجات الحرارة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

رقم 7: الكيمياء السلائف السناج متعمقة. مقارنة للسلائف السناج وسيطة بروبارجيل الراديكالي ج₃ح₃ (A) والبنزين ج₆ح₆ (ب) فالميثان وفارنيساني مع الإشارة إلى Jet A-1²². وفي كلتا الحالتين، يظهر مينثاني ف كسر الخلد أعلى بالمقارنة مع Jet A-1، بينما ملامح فارنيساني كسور الخلد أقل مما يشير إلى اتجاه انخفاض في تشكيل السلائف السناج. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Discussion

عرض تركيبة على مفاعل الغلاف الجوي درجات حرارة عالية التدفق مع تمكن نظام كشف الجزيئي شعاع الطيف الكتلي انتواع كمية بيانات لطائفة من ظروف التشغيل. أظهرت عدة دراسات^21،،^،من^2223،27 مرونة التجربة بدءاً من الميثان الغنية الشروط ذات الصلة لظواهر الأكسدة الجزئية (φ = 2.5)، للتحقيق كيمياء الاحتراق من مجمعات الوقود النفاثة الحديثة مثل فارنيساني. وتمكن الدراسات مثل هذه الحركية رد فعل النمذجة لتغطية المجالات التقنية أكثر، مثل جليكول المكرر إليه مناسبة لعمليات تغويز التقنية.

كما هو موضح أعلاه، تم استكشاف فكرة تصميم مفاعل تدفق مع التشخيص في الموقع لعدة عقود والطريقة المعروضة هنا ليس وضع حجر الأساس. ومع ذلك، مع الإمكانيات التقنية والتجريبية اليوم، تستفيد هذا النهج الإضافية لمجالات البحوث الحالية استراتيجيات راسخة في تشخيص الاحتراق.

قاطع، أن النهج مفاعل تدفق الغلاف الجوي قدم يقترن MBMS إضافة قيمة للتقنيات المتبعة في كيمياء الاحتراق (انظر المقدمة). أنها تشاطر نفس العيب الرئيسي هو صحيح بالنسبة للأساليب الأخرى، وكذلك: إعداد تجريبية معقدة ومتطورة جداً. تصميم نظام مناسب للكشف عن مبمس مهمة شاقة تستغرق وقتاً طويلاً، وعلمية عالية، وإتقان هذه التقنية بما في ذلك تقدير دقيق وموثوق بها للبيانات يأخذ وقتاً وجهدا. علما أن لا إجراءات قياسية متوفرة تجارياً. ومع ذلك، تصميم إعداد مخصصة مثل هذا يقدم إمكانيات جديدة وخلاقة للمسائل العلمية الحديثة.

حاسمة للنجاح في تطبيق وتفسير البيانات وصف دقيق للتجربة واختيار شروط الحدود¹⁶. المواد لأنبوب تدفق أن نظام كشف قوية ومرنة، فقد تعتمد اعتماداً كبيرا على الظروف التجريبية. وقد ثبت الأنبوب خزفية قدم ناجحة بالنسبة لمعظم التطبيقات، بينما التحقيقات تركز على الجسيمات وأكبر السناج السلائف أشارت إلى نتائج غير متوقعة والآثار الجانبية غير المرغوب فيها في أطياف الشامل. تغيير المواد الكوارتز أظهرت تحسن كبير في قياسات الجسيمات؛ بيد أن التحقيقات تقتصر على نظم الحرارة متميزة أدناه 1,400 ك. علما أن تشغيل الاختبار الأخيرة أظهرت أي تأثير على الكشف عن مرحلة الغاز.

بعد إعداد الأجهزة الصعبة، توصيف دقيق أوند السلوك تجريبية خاصة مجال درجة الحرارة إلزامي لتقييم البيانات وتفسيرها. يمكن إلا تكون نتائج نموذج معقول إذا كان التشكيل الجانبي لكل منها درجة الحرارة ومن المعروف لكل شرط. قضايا مثل جدار/الغاز مرحلة التفاعل، خصائص تدفق الغاز الناقل وسبر الغازية وتم التحقيق بعناية. مع أخذ جميع هذه الجوانب في الاعتبار، برهن على قدرة وصحة الأسلوب بنجاح عدة نهج النمذجة وشدد على إضافة قيمة لتطوير نموذج الحركية.

التطبيقات الممكنة المذكورة هنا نقطة انطلاق والمساهمات في المستقبل يجب أن تكون زيادة القيود استكشفت فضلا عن الحالية دفعت إلى أقصى. القيد الرئيسي واحد حتى الآن هو القرار الجماعي للكشف عن الصك. حين التوصل إلى حل شامل ل Δm = 3,000 كافية لمعظم الأنواع الاحتراق، لا يمكن فصل الأنواع المتماكبه أو تحديدها. تجارب متقدمة للغاية مثل السنكروتروني على أساس النهج^{28،33،34،35،36،،}من³⁷³⁸ أو دراسات نظرية عامة في رد الفعل حركية هناك حاجة في المستقبل لتوفير معلومات أكثر تفصيلاً وتحسين بناء قدرات تحديد.

التطور السريع من الميثان بسيطة لوقود الطائرات التقنية المعقدة يغطي طائفة واسعة من المركبات موجوداً. حاليا، التركيز الرئيسي على مكونات واحد السائل والخلائط المعقدة للتطبيقات التقنية مثل وقود الطائرات. كمستوى التالي في التطور، شروط الحدود مثل درجة الحرارة وخصائص التدفق والضغط يمكن أن تكون هدفا والجوانب المتعددة الأبعاد التي تستحق التحقيق³⁹ أكثر من أي وقت مضى. وحتى مع ذلك، درجة الحرارة يغطي بالفعل مجموعة من الاحتراق في درجة حرارة منخفضة (حوالي 800 ك) إلى انحلال حراري (2,100 ك). ضغوط أعلى سيكون مفيداً لاستهداف الشروط التقنية ونموذج التنمية، حيث البيانات انتواع نادر عموما في الأدب. تصاميم تجريبية جديدة انتواع البيانات التي تم الحصول عليها من مفاعل تدفق الضغط العالي، وارتفاع درجة الحرارة مع المواد الحديثة والتوفر، في متناول اليد.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Time-Of-Flight MBMS	Kaesdorf	n.a.	custom design
Molecular Beam Samling Interface	self made	n.a.	custom design
Laminar Flow Reactor	Gero	Type HTRH 40-1000	custom design
Quadrupole MS	Hiden	HAL/3F 301	adapted to ionization chamber
Vaporizer	Bronkhorst	CEM	Vaporizer
Mass Flow Meter	Bronkhorst	Mini Cori-Flow M12, M13, M14	Flow Controller
Jet A-1	n.a.	n.a.	Standard Jet fuel of interest
Metal syringe	Hugo Sachs	70-2252	Fuel Supply
Heating Hoses	Hillesheim	HMI series	Gas Preheating
Gas	Linde	Ar, O2	Diluent, Oxidizer