ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Измерение концентрации газообразных продуктов в пламени из "Основные характеристики горения" При экспериментальном исследовании вначале обычно отбк рают пробу газообразных продуктов из пламени, затем ее разделяют на компоненты и анализируют их содержание. Рассмотрим некоторые вопросы, отйосящиеся к отбору проб и достоверности разделения. [c.92] Аэродинамика потока во фронте пламени нарушается как в результате ввода зонда, так и отбора пробы, но при этом имеется тенденция к взаимной компенсации, так что небольшой заостренный зонд, вводимый вдоль потока с горячей стороны пламени, фактически не дает заметного возмущения. [c.93] Зонд представляет собой сток тепла, что приводит к уменьшению температуры пламени и, следовательно, энтальпии газа в области отбора. Это особенно существенно для охлаждаемых зондов. В случае неохлаждаемого кварцевого зонда основной источник потерь тепла — излучение нагретого зонда. Степень черноты кварца очень низкая (е = 0,02), поэтому при 2000 К в области наконечника зонда, как показали приближенные расчеты, теряется менее 1% энтальпии пробы газа. Это понижает температуру продуктов сгорания менее чем на 20 градусов. Так как количество излучаемого тепла пропорционально температуре в четвертой степени, сниже- ние температуры пламени-в точке отбора составит менее 1 градуса при 1000 К и пренебрежимо малую величину при более низких температурах. Качественная точность этих расчетов доказана измерениями температуры поверх1Ности кварцевого зонда, которая была только на 50 К ниже температуры газа в пламени при 2000 К [Ю]. [c.94] Зонд представляет собой твердую поверхность в газообразной горящей системе. В его присутствии могут ускоряться или замедляться реакции, протекающие в пламени, и, как следствие этого, искажаются изучаемое пламя и состав отбираемой пробы. Известно, что для катализа рекомбинации неустойчивых атомов, присутствующих в пламенах, кварц мало активен даже при высоких температурах. Однако каталитическое влияние металлического зонда может быть значительным. Подробные сведения о каталитическом влиянии зондов в других реакциях в настоящее время отсутствуют. [c.94] Быстрое прекращение химической реакции—важное условие работы зонда. Это нужно, чтобы обеспечить достоверность пробы. Наиболее подходит для отбора пробы зонд, в котором достигается высокая скорость течения газа. Прекращение реакции происходит в результате падения давления и снижения температуры, обусловленных расширением газа при протекании его через зонд. Замедление реакции имеет направленный характер, и можно представить себе, ЧТО если давление и температура быстро падают по сравнению со временем реакции, то состав отбираемой пробы будет заморожен . Кинетический расчет разложения метана в плазменной струе позволил, например, оценить скорость-снижения температуры, необходимую для замораживания состава продуктов, соответствующего максимальному количеству образующегося ацетилена. Для того чтобы предотвратить заметное разложение ацетилена, необходима скорость снижения температуры 10 К/с. В сопле Лаваля небольших размеров скорость снижения температуры достигает 10 К/с [11, с. 570]. [c.95] Течение в отборном зонде содержит элементы, характерные для потоков реагирующих газов в сверхзвуковых соплах для ракет и в аэродинамических трубах [12]. Точное количественное решение задач для таких течений со многими одновременными элементарными реакциями получено на быстродействующих счетных. машинах при использовании наиболее надежных данных о константах скорости. Вычисления проведены для профилей СО, Нг и Н при размерах типичного ракетного сопла, имеющего форму конуса с углом 25° и выходным радиусом 10 мм. Входящая в сопло смесь была равновесной при 3000 К и давлении 4 МПа с составом, характеризующимся массовыми долями элементов углерод — 0,25, водород-—0,1, кислород— 0,65. Основными компонентами являлись СО, Нг и Нг.О с заметными следами Н и ОН. Результаты ясно указывают на прекращение значительных изменений состава на расстоянии 5 см от входа в сопло, где температура падает примерно на 1500 К, а давление меняется приблизительно в 20 раз. Концентрации основных соединений на расстоянии 5ч-25 см отличаются на несколько процентов от значений на входе, в то время как концентрации атомов и радикалов отличаются много больше. Это исследование доказало решающее значение уровня входного давления при определении точки замораживания . Установлено, что чем ниже входное давление, тем быстрее тушение реакций. [c.95] Ич аслслн. оипдиг) иу сГ аналогичным. Низкое давление отбора, обычно используемое в исследованиях пламен, в значительной мере благоприятствует быстрому тушению. При малых размерах отборного зонда время, необходимое для достижения нужного отношения площадей сечений зонда (важной величины при данном входном давлении), будет много меньше времени при больших соплах, для которых выполнялись исследования. Это благоприятствует быстрому расширению газов и эффективному тушению. Поэтому вполне вероятно, что отборные зонды могут обеспечивать очень эффективное тушащее действие. [c.96] Если концентрации атомов и радикалов в пламени значительны по сравнению с содержанием устойчивых соединений (водород-воз-душное пламя), то данные измерения концентраций этих устойчивых Компонентов могут быть ошибочными. В этом случае проблема отбора достаточно трудна. Однако в большинстве пламен избыток концентрации радикалов над максимально равновесной концентрацией определяются множителем, меняющимся в пределах от 2 до 5. Например, в метан-кислородноМ пламени [13] мольные доли атомов и радикалов равны Л/ Нз =0,0005, Л/н = 0,008, Л/о = = 0,015 и Л/он = 0,01. Ошибка, вызываемая рекомбинацией радикалов при измерении концентраций СН4, Н2О и О2, составляет только несколько процентов. Отобранные газы быстро охлаждаются в результате расширения при отводе из пламени. При этих условиях роль радикально-молекулярных обмеиных реакций должна быть пренебрежимо малой. [c.96] Если концентрация радикалов измерена, то можно ввести поправку в результаты анализа проб устойчивых продуктов сгорания при условии, что известен механизм рекомбинации. Утверждения, встречающиеся в литературе, о том, что радикалы всегда являются источником грубых ошибок, во многих конкретных случаях неправильны. [c.96] Тушащее действие зонда при отборе из пламени с высоким давлением может быть недостаточным. Зондовые отборы из пламен при низком давлении (несколько сот паскалей или несколько миллиметров ртутного столба) дают очень хорошие результаты. По-видимому, нижнего предела по давлению нет, и трудности обусловлены лишь получением соответствующего пламени. [c.97] Отбор неохлаждаемым кварцевым зондом ограничен температурой размягчения кварца (2000 К). Однако эти трубки можно использовать и при температуре выше 2000 К, если предусмотреть радиационное охлаждение зонда. Повысить температурный предел использования неохлаждаемого зонда можно путем снижения давления, что уменьшает интенсивность теплопередачи к зонду. [c.97] Таким образом, зондовые отборы представляют собой простой процесс отбирают пробу газовой фазы, охлаждают ее и анализируют. Применительно к пламени возникает ряд проблем, большинство из котор1 1х можно решить, используя очень маленький микрозонд, выполненный из кварца. [c.97] Вернуться к основной статье