Исследование влияния добавок ингибиторов горения и азотосодержащих веществ на структуру и скорость распространения пламени водородо- и углеводородо-воздушных смесей при атмосферном давлении

• Автор: Картошова, Ирина Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Введение.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Химия горения водорода.

1.2. Химия горения углеводородов.

1.3. Ингибиторы горения и пламегасители.

1.4. Ингибирование пламен добавками ФОС.

1.5. Химия превращений N0 в пламенах.

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД.

2.1. Методика моделирования.

2.1.1. Математическая постановка задачи.

2.1.2. Кинетические механизмы, используемые при моделировании.
2.2. Экспериментальная методика.
2.2.1. Свойства исследуемых веществ.
2.2.2. Определение скорости распространения пламени методом горелки Махе-
Хебра.
2.2.3. Стабилизация пламени на плоской горелке и определение скорости его свободного распространения методом баланса потока тепла на поверхности горелки.
2.2.4. Масс-спектрометрический метод исследования структуры пламен.
2.2.4.1. Описание молекулярно-пучковой масс-спектрометрической установки.
2.2.4.2. Микрозондовая методика отбора пробы.
2.2.4.3. Калибровка молекулярно-пучковой масс-спектрометрической системы.
2.2.4.4. Оценка погрешности измерения концентраций веществ.
2.2.5. Методика измерения температуры пламени с помощью термопар.
2.2.6. Обоснование метода МПМС для исследования структуры пламен, находящихся в близких к адиабатическим условиях.
2.2.6.1. Тепловые возмущения.
2.2.6.2. Возмущения структуры пламени.
ГЛАВА 3. СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДО- И ВОДОРОДО-ВОЗДУШНЫХ ПЛАМЕН С ДОБАВКАМИ ФОС.
ЗЛ. Скорость распространения СзЩ/воздух и СН4/воздух пламен.
3.1.1. Скорость распространения СзН8/воздух пламени с добавками ДММФ.
3.1.2. Ингибирование стехиометрического С;Н8/воздух пламени добавками ФОС.
3.1.3. Скорость распространения СзН8/воздух и СВЦ/воздух пламен с добавкой
0.06% ТМФ.
3.1.4. Влияние констант скоростей реакций на рассчитанную скорость распространения С3Н8/воздух пламени с добавкой ТМФ.
3.2. Скорость распространения водородо-кислородных пламен.
3.2.1. Скорость распространения Н2/02/Х2 пламен с добавкой ТМФ.
3.2.2. Влияние констант скоростей реакций на рассчитанную скорость распространения Н2/02ЛМ2 пламен с добавкой ТМФ.
3.3. Модернизация механизма ингибирования пламен добавками ТМФ.
3.4. Нахождение упрощенного одностадийного механизма для описания зависимости от ф скорости распространения метано-воздушного пламени без добавки и с добавкой фосфорорганического ингибитора.
3.4.1. Расчет скорости распространения метано-воздушного пламени без добавки с помощью упрощенного одностадийного механизма.
3.4.2. Расчет скорости распространения метано-воздушного пламени с добавкой ТМФ с помощью упрощенного одностадийного механизма.
ГЛАВА 4. СТРУКТУРА Н2/02/Х2 ПЛАМЕП РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА, НАХОДЯЩИХСЯ В БЛИЗКИХ К АДИАБАТИЧЕСКИМ УСЛОВИЯХ.
4.1. Структура Н2/02/1Ч2 пламен без добавок.
4.1.1. Структура Н2/02ЛМ2 пламени П>=9% ф=1.1. Калибровка масс-спектрометра по атому Н и радикалу ОН.
4.1.1.1. Температурный профиль.
4.1.1.2. Концентрация стабильных компонентов пламени.
4.1.1.3. Калибровка масс-спектрометра по Н и ОН.
4.1.1.4. Концентрация Н и ОН.
4.1.2. Структура Н2/02ЛМ2 пламени 0=7.7% <р=2.
4.1.3. Структура Н2/02ЛЧ2 пламени Б=20.9?/о ф=0.47.
4.2. Структура Н2/02/1Ч2 пламени 0=9 % ср =1.6 с добавкой 0.04 % ТМФ. Проверка модернизированного механизма ингибирования пламен добавками ТМФ.
4.3. Превращения N0 в Н2Ю2ЛЧ2 пламенах различного состава с добавками N0 и ІЧНз.
4.3.1. Структура Н2/02/М2 пламен с добавками 0.1- 0.03 % N0.
4.3.2. Структура Н2/02/М2 пламен с добавками 0.1-0.03 % N43.
4.4. Влияние добавок ТМФ на образование N0 в Н2/02ЛЧ2 пламенах. 136 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
Литература.

образования NO в этих пламенах. Данные измерения были использованы для доказательства того, что константы скорости реакций окисления NNH имеет ненулевую энергию активации [137]. Хорошее согласие с экспериментальными данными было продемонстрировано с использованием H/N/O механизма [142].
Дальнейшее исследование NNH механизма было выполнены Хейхерстом и Хачхинсоном [138] в богатых (<р=1.5) Н2Ю2ЛЧ2 пламенах при атмосферном давлении. С помощью зондового пробоотбора с последующим анализом отобранной хемилюминисцентным методом авторы измеряли концентрационные профили NO в пламенах, имеющих конечную температуру в диапазоне 1850-2500 К, и обнаружили, что механизм Зельдовича описывает скорость образования NO в бедных пламенах ((д=0.75), а NNH путь качественно и количественно описывает образование NO в богатых пламенах.
Морли [143] исследовал механизм образования окислов азота в богатых (ф=1.5-2.6) Н2/02/Аг пламенах с добавкой 0.09-0.53% GH3CN при атмосферном давлении. Пламена были стабилизированы на горелке диаметром 10-20 мм, представляющей собой набор тонких металлических трубок. Данные пламена отличаются от других водородных пламен-наличием атома углерода в молекуле добавки. Полученные в этой работе данные по распределению концентрации-NO методом- LDF в зоне конечных продуктов горения (на расстоянии более 4 мм от поверхности горелки) представляют определенный интерес. Было обнаружено, что при добавке 0.09% CH3CN концентрация NO на расстоянии 4-14 мм от поверхности горелки практически не изменяется. При увеличении концентрации CH3CN до 0.53% в зоне конечных продуктов наблюдается незначительное расходование NO, образовавшегося из CH3CN в зоне реакций. Таким образом, в работе экспериментально установлено, что в богатом Н2/02/Аг пламени в зоне конечных продуктов горения не происходит расходование NO, образовавшегося в зоне реакций из добавки азотсодержащих соединений.
В работе Шири и Забельски [144] методом МПМС изучались стабилизированные на плоской горелке при давлении 10.13 кПа (76 Topp) пламена Н2/02/Аг различного состава (97=0.88-1.74) с добавкой 0.4-0.8% NO. Измерения профилей концентрации N0 показали, что в зоне реакций (на расстоянии 10 мм от поверхности горелки) происходит расходование 25-35% добавки NO, а затем в зоне конечных продуктов горения (на