Методики діагностики пламен вуглеводневих палив

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Міністерство освіти і науки України
Одеський Національний Університет ім. І.І. Мечникова
Кафедра загальної та хімічної фізики
Методики діагностики пламен
вуглеводневих палив.
Допускається до захисту
Зав. Кафедрою загальної та хімічної фізики
профессор___Золотко О.М.
«__» _________ 2003р.

Курсова робота

студента IV курсу
фізичного факультету

Мілейко Віталія Валерійовича

Науковий керівник
Ст. викладач
Яровий Т.А.
Одеса 2003

Зміст:
1. Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
2. Феноменологія пламен ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
3. Оптичні методи дослідження пламен ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .8
3.1 Методи, засновані на власному випромінюванні ... ... ... ... ... ... .. 8
3.2 Методи, засновані на просвічуванні пламен ... ... ... ... ... ... ... .9
3.3 Методи, засновані на пружному розсіюванні світла ... ... ... ... ... 11
4. Метод термопари ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .12
5. Лазерні методи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 14
5.1 ЕПР-спектроскопічний метод ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15
5.2 Метод резонансної флуоресценції ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16
5.3 внутрірезонаторними лазерна спектроскопія ... ... ... ... ... ... ... ... 17
5.4 Лазерний магнітний резонанс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
5.5 Мас-спектрометрія молекулярного пучка ... ... ... ... ... ... ... ... ... 20
6. Висновки ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23
7. Література ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .24

Введення.
Детальне дослідження механізму і швидкостей елементарних стадій процесів горіння не належало до недавнього часу до числа домінуючих напрямків у науці про горіння. Однак до теперішнього часу ситуація кардинально змінилася у зв'язку з усвідомленням того факту, що подальша оптимізація ефективності топкових пристроїв і скорочення викидів екологічно шкідливих продуктів горіння можуть бути засновані тільки на фундаментальному вивченні хімії горіння. Це стало очевидним саме в той час, коли наше розуміння хімії горіння (принаймні за участю невеликих молекул) і можливості моделювання процесів горіння на великих комп'ютерах, які забезпечують необхідну надійність результатів. Основною умовою застосування теорії горіння до недавнього часу була відповідність розрахункової і виміряної швидкостей горіння суміші заданого складу. Проте цей важливий для теплотехнічних розрахунків параметр не може характеризувати ті властивості процесу горіння, які з розвитком техніки придбали важливе прикладне і нове в теоретичному аспекті значення. Для розвитку нових напрямів використання пламен, таких як переробка природних газів, нафти та вугілля в органічні напівпродукти та рідке паливо, ініціювання реакцій в розчинах, надання вогнестійкості полімерних матеріалів, а також всебічний розвиток досліджень в області вибухо-і пожежної безпеки, боротьби з забрудненнями атмосфери продуктами горіння, необхідні відомості про механізм хімічних перетворень палива в полум'ї. Отримання таких відомостей неможливо без детальної інформації про процеси, що протікають під час горіння. Застосування різних методів діагностики полум'я, дозволяє дослідникам отримувати інформацію, необхідну для аналізу і перевірки існуючих теорій про процеси, що протікають в полум'ї, а також для розвитку та побудови нових теорій.
Таким чином, метою цієї роботи є вивчення існуючих методик діагностики пламен і їх застосування для дослідження різних характеристик пламен.

Феноменологія полум'я.
Процес горіння речовин - ця складна швидкоплинучими екзотермічна реакція окислення палива, що протікає, як правило, з утворенням полум'я. Однак не всі процеси горіння супроводжуються виникненням полум'я і не всі Пламена є результатом горіння. Відомі Пламена рекомбінації атомів, або екзотермічних реакцій розпаду речовин (озону, ацетилену тощо). Перебіг екзотермічних реакцій не єдина умова горіння та виникнення полум'я. Потрібно ще, щоб реакція, як джерело тепла, протікала досить швидко, а її швидкість переважала над швидкістю процесів, відвідних і споживають тепло. Відомі холодні ізотермічні полум'я, в яких власне джерело тепла малий. Такі процеси просторово базуються у нагрітого тіла.
Ми розглядаємо горіння вуглеводнів, завжди супроводжуються виникненням полум'я. Тому поняття "горіння" і "полум'я" можна використовувати як адекватні.
Якщо в будь-якій області реакційної системи ініціювати процеси горіння, то за певних умов зона реакції може поширюватися по ще не прореагованою речовини. Це сприймається як поширення хвилі, яку ми будемо називати фронтом полум'я. Взагалі термін "хвиля горіння" має більш широкий зміст, оскільки вона не обов'язково супроводжується полум'ям.
Поширення хвилі горіння можна уявити собі як результат займання непрореагіровавшіх шарів газу внаслідок теплопровідності з області, де проходить горіння (теплової механізм), або шляхом ініціювання реакції продіфундіровавшімі звідти хімічно активними частками (ланцюговий механізм). Часто обидва цих механізму діють одночасно.
Особливість горіння полягає в тому, що умова, необхідне для його протікання, виникає в ході самої реакції. Зазвичай цими умовами є висока температура, а також достатня концентрація активних речовин (радикалів), несучих ланцюг горіння.
Впорядкувати полум'я можна за різними ознаками: за способом підготовки горючої суміші (полум'я попередньо перемішаних сумішей, дифузійні та інші), за ступенем розігрівання реагує суміші (холодні, гарячі), за механізмом реакції (полум'я з ланцюговими, з розгалуженими ланцюговими і іншими реакціями), за складом (полум'я стехіометричних, бідних, багатих сумішей), за характером поширення газового потоку (ламінарні і турбулентні полум'я), а також за іншими параметрами.
Різні види пламен можна отримати шляхом зміни умов протікання екзотермічного процесу. Так, варіюючи температуру стінки і склад горючої суміші, можна отримати полум'я з різним ступенем перетворення палива. Якщо зростання температури внаслідок реакції становить не більше 0.1 - 1К, полум'я називаються холодними ізотермічними.
У міру зростання тиску зростає кількість тепла що виділяється в одиницю часу. При відповідному підборі концентрацій окислювача у вихідній горючої суміші, а також температури реактора, можна отримати так звані холодні термічні Полум'я (розігрів до 100 К). Ступінь перетворення палива в цих полум'я помітно більше, світіння слабке. Кінцевим продуктом горіння вуглеводневих палив холодних пламен є суміш пероксидних сполук, альдегідів, кетонів, неграничних вуглеводнів, монооксиду та діоксиду вуглецю, парів води.
Гаряче полум'я характерні для швидкореагуючий сумішей. Концентрація окислювача в горючої суміші при цьому близька до стехиометрической. Температура сягає 3000 - 5000 К. Пламена широко поширені в сучасній техніці в теплових процесах.
Найбільш близькі за своїми властивостями до гарячих блакитне полум'я (Т = 770-970 К), в продуктах горіння яких переважає монооксид вуглецю і молекулярний водень. Гаряче полум'я отримані в широкому діапазоні тисків: 0.01 - 10 мПа.
Для ознайомлення можна розглянути структуру полум'я газового пальника. На (рис. 1) представлено полум'я суміші пропану з повітрям. Видно що в межах слабосветящегося факела є яскраво окреслений конус. Гаряча суміш, що виходить з гирла пальника, розподіляється всередині конуса і виходить за його межі за напрямком нормалі до внутрішньої поверхні у вигляді вже кінцевих продуктів згоряння. Видима товщина стінки конуса становить 0,4 мм. У межах цієї відстані горюча суміш встигає нагрітися і прореагувати і, отже, виділити у вигляді тепла і випромінювання всю енергію палива. Ця область полум'я, локалізована межами початку і закінчення реакції, називається фронтом полум'я. Область полум'я, наступна за фронтом, називається рівноважною зоною, або зовнішнім конусом. Склад газів у цій зоні визначається станом рівноваги реакції
Н 2 О = Н + ОН
і СО 2 = СО + О.
Якщо на мить зупинити надходження в пальник горючої суміші, то конус спочатку зменшиться по висоті, потім на протязі десятих часток секунди стає плоским, далі прогнеться, і пройшовши гирлі пальники, розчиниться всередині його. Це спостереження показує, що фронт може поширюватись по свежегорючей суміші. Тому його стаціонарне положення на виході пальника (стаціонарне горіння) можливо лише при зрівноважуванні швидкості горіння, або нормальної швидкості поширення фронту полум'я і швидкості течії виходить з пальника свежегорючей суміші. Нормальна швидкість поширення фронту полум'я (поширення у напрямку до нормалі до фронту) пропану складає 40см / с. Відтак у плині часу реакціі10 -3 с паливо згоряє до кінцевих продуктів СО 2 і Н 2 О.
Оптичні та спектроскопічні методи дослідження пламен.
Безконтактні (оптичні та спектроскопічні) методи вивчення пламен дозволяють проводити вимірювання не порушуючи гідродинамічної, теплової та хімічної структури досліджуваної системи. Тому використання таких методів віддається перевага, навіть якщо їх застосування пов'язано з великими технічними труднощами. Крім того, можливості безконтактних методів стрімко ростуть, зокрема, внаслідок розвитку лазерної техніки.
Оптичні методи.
Методи, засновані на власному випромінюванні пламен.
Для вивчення швидко протікають процесів найкращим приладом, який отримав загальне визнання, є швидкісна кінокамера, або лупа часу, як її інколи називають. З її допомогою можна побачити процеси, недоступні візуальному спостереженню. Володіючи високим тимчасовим розширенням (1мкс), кінокамера дозволяє стежити не тільки за високошвидкісними турбулентними смолоскипами, а й за вибуховими процесами, а також за іншими нестаціонарними проявами хвилі горіння. Кінокамеру можна використовувати для зміни розподілу швидкості потоків за фронтом горіння по сліду світяться частинок.
На власному випромінюванні пламен засновані також пірометричних методи. У них використовується закон Стефана - Больцмана для енергії повного випромінювання нагрітого тіла:
Е Т = s Т 4 є Т,
де є Т - коефіцієнт чорноти, а також формула Вина для монохроматичної енергії випромінювання нагрітого до температури Т твердого тіла:
Е l, Т = з 1 / p * l -3 * ехр (з 2 / l Т).
Методи, засновані на просвічуванні пламен.
Більш докладну інформацію про теплові або концентраційних неоднорідностях у газовому потоці можна отримати при пропущенні світла через досліджувану ділянку полум'я нагрітої струменя рідини чи газу, смешивающихся струменів різних прозорих рідин або газів і т.п. Наявні в просвічується об'єкті теплові та концентраційні неоднорідності викликають зміну коефіцієнта заломлення. Вимірювання двомірного розподілу цієї величини дозволяє отримати інформацію про поле течії, температурах та концентраціях в обраній площині течії. Оптичної неоднорідністю, або шлірой, називають малу область в прозорій середовищі, в якій є змінний градієнт коефіцієнта заломлення світла. Нерегулярне відхилення світла в різних точках шліри реєструється на фотографіях у вигляді тіні даного обсягу газу, або тіні великої ділянки потоку рідини чи газу. При цьому пучок світла, що проходить через оптичну неоднорідність Н (рис.2), відхиляється на екрані Е від точки А до А / на кут є. Оскільки кут є малий, НА / = НА, і внаслідок затримки променя SA / у часі, на екрані виникає інтерференційна картинка. Відповідні оптичні установки дозволяють вимірювати величину зміщення променя Dа = АА / (тіньовий метод), кут є (метод Теплера) або час запізнювання променя t (інтерференційний метод). У першому наближенні Dа пропорційна другої похідної показника заломлення n, є ~ grad n і t ~ n.
У тіньовому методі (рис.3) освітленість екрана визначається відстанню від кромки ножа Фуко до оптичної осі. Цей метод придатний для вивчення явищ, пов'язаних з різкою зміною показника заломлення, наприклад, у фронті полум'я попередньо перемішаних газів або в детонаційної і ударної хвилі.
1-джерело світла;
2 - лінзи;
3-щілину;
4-ніж Фуко;
5-екран.
Світло від джерела виходить паралельним пучком з об'єктиву, що проходить через оптичну неоднорідність. У разі d 2 n / dx 2> 0, на екрані видно світлі і затінені місця в результаті перерозподілу світла шлірой. Метод дозволяє отримати тенеграмму досліджуваного об'єкта порівняно великих розмірів, але, на жаль, не придатний для кількісних досліджень структури оптичних неоднорідностей.
У методі Теплера (шлірен-методі) відхилення світла зміщує зображення джерела і зумовлює зміна освітлення зображення деякої точки досліджуваного поля на екрані (рис. 4). Джерело світла S поміщений у фокусі увігнутого дзеркала М1, так що досліджуваний об'єкт освітлений паралельним пучком світла. Друге дзеркало М2 дає зображення джерела в фокусної площині К, за якою розташована фокусна лінза L, що дає зображення на екрані Е або фотопластинці. Якщо градієнт коефіцієнта заломлення відсутня (або рівномірний в межах розкладу) на всій робочої частини, то окремі зображення джерела співпадуть.

При виникненні градієнта неоднорідності зображення зміщується у фокусі площині К. Для виявлення цього зміщення у методі Теплера застосовується прямокутний джерело світла, а в фокусної площині До поміщається кромка ножа Фуко. Вона розташована так, що за відсутності оптичних збурень освітлення екрану рівномірно. Якщо при появі оптичної неоднорідності (обурення) частину зображення джерела зміщується, то освітленість цієї частини зображення на екрані зменшується або зростає на величину, пропорційну градієнту показника заломлення, в залежності від того, чи направлена ​​відхилення в бік непрозорої частини ножа або в протилежну.
Методи, засновані на пружному розсіюванні світла.
Пружне розсіювання світла на дрібних частинках лягло в основу отримали широке розповсюдження лазерних анемометрів. Метод вимірювання швидкостей заснований на використанні ефекту Доплера. Якщо на досліджувану частину потоку, що містить розсіюють світло частинки, направити монохроматичне випромінювання з частотою n 0, то частота розсіяного світла в напрямку спостерігача n н зміниться на Dn д:
D n д = n 0 - n н = 1 / 2 p (К н-К 0) U = 1 / 2 p До U,
де К 0 і К н -Хвильові спектри падаючого розсіюючого випромінювання,
К = К н - К 0 - вектор швидкості розсіюючих частинок.
Термопарний метод.
До основних переваг даного методу слід віднести те, що термо-е.р.с. може бути виміряна з досить високою точністю і що можливо виготовити дуже малі термопари (мікротермопари). Остання обставина дозволить досягти високої роздільної здатності і значно зменшити похибки, обумовлені аеродинамічними збуреннями, що виникають при внесенні термопари у полум'я.
Перші експериментальні дослідження термопари пламен були виконані методом зондування фронту тонкими (20мкм) термопарами. Поряд з термопарами застосовували і термометри опору, а також, методи оптичної інтерферометрії, пневматичної зонда, треків, поглинання радіації та радіаційної пірометрії. Але все ж таки метод з термопарами переважніше, тому що поєднує високу точність вимірювання локальної температури з хорошим просторовим дозволом.
При дуже високих температурах пламен термопарний метод краще не застосовувати з наступних причин:
1) при температурі 1770 - 2270 До матеріал зазвичай використовуються термопар руйнуються;
2) при високих температурах ростуть радіаційні втрати, а способи ведуть до їх зменшення, призводять до значного зменшення вимірювальної апаратури;
3) при великих швидкостях потоків значними і важко учітиваемі стають похибки, обумовлені аеродинамічними спотвореннями;
4) внесення термопари в полум'я може вплинути на хімічні процеси в полум'я;
5) при швидко мінливих температурах термопарний метод непридатний внаслідок інертності термопар.
Спектроскопія пламен.
УФ-та ІЧ-спектроскопія пламен.
Перетворення молекул палива під фронт полум'я супроводжується випусканням світла в різних спектральних областях. Тому спектроскопія пламен, як безконтактний метод, з давніх пір була головним інструментом дослідження процесів горіння.
Виявлення та ідентифікація спектрів невідомих активних частинок, існування яких не доведене, але участь їх в процесах горіння передбачається на основі непрямих даних, все ще залишається завданням сучасної спектроскопії.
Спектр вуглеводневих пламен у видимій УФ області містить яскраві системи смуг ОН, СН і смуги Свана.
В УФ-області є також система смуг НСО і СН 2 О. Випромінювання цих молекул обумовлено яскравим забарвленням фронту полум'я.
В ІЧ-спектрах вуглеводневих пламен присутні яскраві смуги випромінювання молекул води і діоксиду вуглецю.
Спільна характеристика методів лазерної спектроскопії.
В даний час широкого поширення набули лазерні методи дослідження пламен. Надзвичайно висока щільність енергії, отримана в лазерах, а також досить велика довжина когерентності послужила основою для розвитку таких методів:
1) внутрірезонаторними лазерної спектроскопії (ВРЛС);
2) спектроскопії лазерно-індукованої флуоресценції (СЛІФ);
3) спектроскопії спонтанного комбінованого розсіювання (ССКР);
4) спектроскопії когерентного антистоксовой комбінаційного розсіювання (СКАКР);
5) оптогальваніческой лазерної спектроскопії (ОГЛС);
6) спектроскопії лазерного магнітного резонансу (СЛМР).
Лазерні методи.
Зондування полум'я пробовідбірниками.
Введення зонда в нерівноважну середу, якою є зона фронту полум'я, викликає ряд побоювань але вони не завжди справджуються.
Зонд представляє собою кварцову трубку з витягнутим капіляром у формі усіченого конуса з кутом розчину 10-15 °. Загальна довжина капіляра до 8 мм, внутрішній діаметр його вхідного отвору 35 мкм, а зовнішній не перевищує 100-350 мкм.
Така конструкція зонда дозволяє вводити його в полум'я без будь-якого впливу на фронт.
ЕПР-спектроскопічний метод.
Метод ЕПР дозволяє вимірювати концентрацію атомів і радикалів у полум'я. Полум'я поміщають під резонатором радіоспектрометр. Важливо не допускати вигину в трубці пробовідбірника, тому що всяке гальмування швидкості потоку призводить до втрат активних частинок через їх загибелі на стінках. Внутрішню поверхню кварцової трубки, що веде від пробовідбірника до резонатора, слід обробляти фтористоводородной кислотою, а потім насиченим розчином тетраборату калію.

Схема установки для ЕПР-спектроскопічного зондування пламен:
1-пробовідбірник;
2-магніт спектрометра;
3-резонатор;
4-посудину з рідким азотом;
5-Манометр;
6-пальник з полум'ям;
7-форбалон.
Метод резонансної флуоресценції.
Основним інструментом лазерної спектроскопії є лазер з перебудовується частотою, зокрема, лазери на основі органічних барвників. В даний час завдяки використанню великої кількості органічних барвників (кілька сотень) за допомогою таких лазерів вдається генерувати випромінювання з будь-якої довжини хвилі від 0.34 до 1.2 мкм.

Подвоюючи частоту генерації на кристалах КДР можна отримати перебудовувані випромінювання в УФ-області спектра.

Зараз розроблено багато методів лазерної спектроскопії. Це - абсорбційний, оптико-акустичний, метод комбінаційного розсіювання. Зупинимося на двох найбільш перспективних для дослідження пламен: методі резонансної флуоресценції і внутрірезонансной лазерної спектроскопії. Флуоресцентний метод заснований на реєстрації флуоресценції, що виникає при поглинанні речовиною енергії лазерного пучка. Метод реєструє квантові переходи атомів, молекул, що супроводжуються розпадом частинок в збуджених станах.


1 - дзеркала;
2 - УФ-фільтр;
3 - КДР-кристал для подвоєння частоти;
4 - напівпрозоре дзеркало;
5 - імпульсна лампа;
6 - кювету з барвником;
7 - еталони Фабрі-Перо;
8 - дзеркало;
9 - реакційної посудини;
10-ФЕУ;
11-монохроматор;
12-осцилограф.
Внутрірезонаторними лазерна спектроскопія.
Дуже ефективний лазерний метод високочутливого виявлення слабких ліній поглинання, заснований на приміщенні всередину резонатора багатоходового лазера з широкою смугою поглинання середовища зі слабким поглинанням всередині смуги посилення лазера. Цей метод був продемонстрований в експериментах з імпульсним лазером на неодимовому склі, взятому для порушення флуоресценції на барвнику. Коли осередок поміщена всередину резонатора, слабке поглинання на окремих частотах призводить до перерозподілу інтенсивності випромінювання в різних модах. Моди, що потрапили всередину слабких ліній поглинання, придушуються, тобто відбувається селективне їх гасіння. Це приводить до різких провалів у спектрі випромінювання лазера, яких неважко виявити за допомогою звичайного спектрографа.
Схема установки внутрірезонаторними спектроскопії:
1 - резонатор лазера на барвниках;
2 - кювета з барвником;
3 - поглинається шар;
4 - поворотний дзеркало;
5 - спектрограф.
Висока чутливість методу внутрірезонаторними поглинання порівняно з методом вимірювання однопрохідного поглинання поза резонатора досягається за рахунок багаторазового проходження випромінювання за час генерації через поглинену середу. Ефективна довжина шляху в поглинає речовині визначається твором швидкості світла на час генерації лазера і сягає 30 нм. Наприклад, при порушенні молекул барвника за допомогою лазера на неодимовому склі (τ = 10 -3 с), вдається виявити надзвичайно слабкі лінії поглинання молекул (NH 3, HN 3, CO 2, C 2 H 2 і т.д. ) Обумовлені коливально-обертальними переходами в області 9380 - 9480 см -1 з коефіцієнтом поглинання 10 -7. Слід зазначити, що метод внутрірезонаторними поглинання має дуже високий тимчасовим дозволом - менше 10 -6, що робить його дуже перспективним для реєстрації короткоживучих продуктів хімічних реакцій радикалів і нестабільних молекул.

Лазерний магнітний резонанс (ЛМР).
Схема лазерного спектрометра магнітного резонансу з внутрішнім поглинанням:

1 - магніт;
2 - модуляційні котушки;
3 - переривник;
4 - діелектричний розщепити ялина;
5 - лазерна труба;
6 - поглинаюча труба.
Резонатор утворений дзеркалами С і Д. Поліетиленовий обертається лучерасщепітель 4 (товщина 0.5 мм) робить випромінювання лазера лінійно поляризованим. Обертання лучеращепітеля дозволяє створити розподіл поляризації по відношенню до зовнішнього магнітного поля. Відбита потужність від лучеращепітеля потрапляє на детектори А і В. Детектор А служить для утримання частоти лазера на вершині контуру. Детектор У реєструє сигнал поглинання. Модуляційних котушка 2, надіта на полюси магніту 1 створює магнітну модуляцію частотою 83 Гц. В якості детектора використана осередок Голі. Сигнал з цього осередку подавався на фазовий детектор.
ЛМР подібний двом іншим методам магнітної спектроскопії: ЕПР та ЯМР. Метод ЯМР заснований на резонансному поглинанні речовиною радіочастотного випромінювання, яке обумовлено енергетичними переходами між рівнями ядерного спина. За методом ЕПР спостерігають резонансне поглинання в області більш коротких довжин хвиль (0.1 - 10 см), які обумовлені переходами між рівнями електронних спінів. У лазерному магнітному резонаторі використовується випромінювання лазерів у субміліметровому та інфрачервоному діапазонах, щоб викликати резонансні переходи між обертальними або коливально-обертальними рівнями в парамагнітних молекулах.
Різноманітність лазерів дозволило створити лазерні спектрометри магнітного резонансу (ЛСМР) з різним діапазоном, такі спектрометри відрізняються за деякими технічними особливостями, але загальна їхня структура однакова.
Мас-спектрометрія молекулярного пучка.
Використання молекулярного пучка для дослідження пламен усуває деякі недоліки мікрозондового техніки. Наприклад, процеси які відбуваються на стінці пробовідбірника виключаються повністю, оскільки частки в молекулярному пучку НЕ соударяются. Ця перевага дозволяє визначати в полум'я концентрації атомів, радикалів і пероксидів, що неможливо при використанні мікрозонда.
Бревер застосував метод мас-спектрометрії молекулярного пучка для дослідження структури пламен, що горять при атмосферному тиску і великих тисках.
Установка складається з двох послідовно розташованих осесиметричних конусів і пов'язаних з ними соосно двох колімаційну щілин, за якими слід іонізаційна коробка мас-спектрометричного аналізатора. Незважаючи на значні успіхи теоретичних робіт, присвячених питанню формування молекулярного пучка, все ж оптимальну відстань між вершинами конусів, як і оптимальний кут розчину конусів продовжують залишатися емпірично бираються величинами. Вся система розміщується в секціонованими трубу, з якої ведеться безперервна секційна відкачка з наростанням глибини вакууму від секції до секції. Наприклад, у просторі між вхідним конусом і скімерів тиск не повинен бути менше (4-2,7) * 10 -1 Па. Молекулярний пучок формується скімерів та після першої діафрагми модулюється, що забезпечує значне поліпшення ставлення корисного сигналу аналізатора до суми різноманітних шумів.
Схема формування молекулярного пучка:

1 - вхідний конус;
2 - скіммер;
3 - щілини коллиматоров;
4 - заслінка;
5 - щілини мас-спектрометра;
6 електронний пучок.
Чутливість установки залежить від інтенсивності молекулярного пучка і чутливості мас-спектрального аналізатора. Цим методом вдається виявити в полум'я частинки з концентрацією 10 13 см -3.
Застосування цього методу для дослідження пламен, однак, створює деякі незручності і має недоліки.
Частиною вони обумовлені формою напускного конуса, геометричні параметри якого визначаються оптимальними умовами формування молекулярного пучка, але ці умови є несприятливими для зондування пламен.
Так при введенні в полум'я вхідного конуса з оптимальним кутом розчину виникають аеродинамічні і теплові перешкоди. Однак Біорді з співробітниками встановили, що вхідний конус з кутом розчину 60 градусів дозволяє проводити відбір проб з точністю, яка не поступається мікропробоотборніку. Завдяки швидкодії (час формування пучка становить с, що менше часу релаксації і загибелі переважного числа відомих радикалів) цей метод у ряді випадків залишається єдиним для дослідження швидкоплинних процесів.

ВИСНОВОК.
Застосування різних методів діагностики пламен дозволяє отримувати дослідникам різноманітні дані, що несуть інформацію про такі характеристики полум'я, як: температура, концентрація різних речовин, сполук і заряджених частинок; отримувати відомості про температурні, концентраційних полях, структурі полум'я, полях швидкостей. Кожна методика дослідження має свої рамки застосування, свої достоїнства і недоліки. Отримана в результаті застосування цих методик інформація використовується вченими у подальшому розвитку науки про горіння - лягає в основу нових теорій, а також є критерієм перевірки існуючих. Також, деякі методи діагностики полум'я грають важливу роль у сфері промислового використання процесів горіння як базовий інструмент засобів контролю певних параметрів технологічного процесу.
Розвиток методів діагностики пламен обумовлювалося як розвитком уявлень про фізику, що протікають, вдосконаленням існуючих методик, так і появою принципово нових приладів, що ставали базою для передових методик діагностики.
В даний час розвиток електроніки та комп'ютерної техніки дозволяє, як поліпшувати технічну базу існуючих пристроїв діагностики, так і конструювати нові автоматичні комплекси для реєстрації та обробки експериментальних даних, що надають значну допомогу в науково-дослідній роботі.

ЛІТЕРАТУРА.
1. Ксандопуло Г.І., "Фронт полум'я і гальмування процесів горіння" - Автореферат, Алма-Ата, 1974.
2. Ксандопуло Г.І., "Хімія горіння" ¾ М.: Хімія, 1980р.
3. Ксандопуло Г.І., Дубінін В.В. Хімія газофазного горіння;
М: Хімія, 1987.
4. ГарднерУ.мл, Хімія горіння ¾ М: Світ, 1988.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Курсова
60.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Реалізація хладоресурса вуглеводневих палив у силових і енергетичних установках
Створення експрес-методики діагностики комунікативних здібностей
Методи і методики діагностики мотивації досягнення відносини і аффилиации
Розробка проекту ділянки діагностики з розробкою технології діагностики автомобіля ГАЗ-3507
Розробка проекту ділянки діагностики з розробкою технології діагностики автомобіля ГАЗ 3507
Гідроочищення дизельних палив
Склади рідких ракетних палив
Отримання моторних палив з газів газифікації рослинної біомаси
Класифікація лісових товарів Характеристика рідких та газоподібних палив
© Усі права захищені
написати до нас