Изучение структуры водородо-кислородных и метано-кислородных разреженных пламен с добавкой триметилфосфата

• Автор: Шварцберг, Владимир Маркович
• Шифр специальности: 02.00.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 121 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

ГЛАВА 1 Литературный обзор Процессы деструкции

фосфорорганических соединений в пламенах и влияние продуктов их распада на кинетику процессов горения

1.1 Влияние фосфорсодержащих соединений на процесс горения.

1.2 Механизм деструкции ФОС в пламенах.

ГЛАВА 2 Методика эксперимента и описание установки.

2.1 Описание установки.

2.1.1 Система отбора пробы.

2.1.2. Зонд.

2.1.3 Камера сгорания

2.1.4. Горелка и система подачи и подогрева горючей смеси.
2.1.5 Подача жидких фосфорорганических соединений
2.2 Система сбора данных и управления экспериментом
2.2.1 Описание системы.
2.3 Учет возмущений, вносимых зондом.
2.4 Изучение влияния температуры отбираемого газа на масс
спектр ТМФ.
2.5 Калибровка молекулярнопучковой системы отбора пробы
2.5.1 Калибровка по воде.
2.5.2 Калибровка по кислороду и водороду.
2.5.3 Калибровка по СО и СО2.
2 4 Калибровка по атомам и радикалам
Калибровка по фосфорорганическим соединениям.
Калибровка по РО, РО2, НОРО и НОРО2.
Методика измерения температуры пламени с помощью
термопар
Исследование структуры водородокислородных пламен с добавками триметилфосфата методом молекулярнопучковой
масс спектрометрии
Стехиометрическое водородокислородное пламя. Структура и
выбор кинетической модели
Влияние добавки триметилфосфата на структуру водородокисл ородиого пламени .
Влияние добавки триметилфосфата на температуру пламени, ширину зоны горения и полноту сгорания. Промотирующий и
ингибирующий эффекты.
Влияние добавки триметилфосфата на концентрацию
радикалов Н, О и ОН в пламени
Химия деструкции триметилфосфата в водородокислородном
пламени.
Изучение роли радикалов в процессе деструкции
триметилфосфата в водородокислородном пламени.
Идентификация промежуточных продуктов деструкции
триметилфосфата.
Идентификация конечных фосфорсодержащих продуктов деструкции ТМФ в пламени.
3.4 Механизм деструкции ТМФ. Схема реакций.
3.5 Сопоставление результатов моделирования с
экспериментальными данными по структуре водородокислородного пламени с добавкой ТМФ.
ГЛАВА 4 Структура метанокислородных пламен с добавками
триметилфосфата.
4.1 Влияние триметилфосфата на процесс горения в метановых
пламен. Ингибирующий эффект.
4.2 Сопоставление результатов моделирования химической структуры СН4О2АГ пламени с экспериментальными данными.
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Хотя промышленное сжигание, очевидно, будет протекать в углеводородном пламени, на первом этапе исследования использование водородокислородных пламен, с одной стороны, позволит выявить и понять основные закономерности деструкции ФОС в пламенах, а с другой, упростит задачу при моделировании структуры пламени, т. Имея в распоряжении модель деструкции ТМФ в водородном пламени можно переходить к метановому и затем к пропановому пламени. В диссертации также проведены расчеты скоростей свободного распространения метанокислородных и водородокислородных пламен с добавками ТМФ различной концентрации. При изучении химической структуры пламен с добавкой ГМФ нами был сделан упор на измерение концентраций лабильных компонентов пламени, таких как атомьт, свободные радикалы и фосфорсодержащие соединения, которые играют ключевую роль в процессе разложения ТМФ в пламени и оказывают наибольшее влияние на процесс горения. Опираясь, в первую очередь, на знание идентифицированных фосфорорганических продуктов деструкции ТМФ в пламени ди метил фосфит, ди метил фосфат, метилфосфит и метилфосфат, мы предложили основные стадии механизма деструкции ТМФ. Работа над совершенствованием механизма проводилась путем сопоставления результатов моделирования и экспериментальных данных по химической структуре пламени. Кроме того, механизм был значительно усовершенствован за счет дополнения стадиями, взятыми по аналогии из модели Вернера и Кула для деструкции ДММФ в водородокислородном пламени и реакциями, предложенными Тваровски. Результаты расчетов, проведенные с помощью предложенной модели, позволили проанализировать полученные экспериментальные данные и углубить понимание механизма влияние добавок ФОС на процесс горения. Особое внимание в процессе исследований уделялось вопросу механизма влияния фосфорсодержащих компонентов пламени на процесс горения. Были подробно обсуждены причины, по которым одни и те же процессы каталитической рекомбинации, происходящие в водородном и метановом пламени, приводят к различным последствиям. Я выражаю искреннюю благодарность Т. А. Большовой за проведение моделирования структуры пламени и расчетов скоростей свободного распространения пламен и А. А. Чернову за помощь в проведении экспериментов. Работа была выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по гранту 3а и Исследовательского Офиса Армии США по контрактам 1С, 1С и грант 1ААО 1. Способность небольших добавок ФОС замедлять процесс горения известна давно и активно применяется на практике. ДММФ, ТМФ и ряд других ФОС используются как антипирены добавки к полимерам, уменьшающие их горючесть. Идея использовать ФОС в качестве ингибиторов возникла в связи с заменой хладонов по причине высокой коррозионной активностью продуктов их распада в пламени и получила дальнейшее развитие после подписания Монреальского протокола о запрещении использования веществ, разрушающих озоновый слой. Первой из серии исследований, проливших свет на процессы, происходящие в пламенах с добавкой фосфорсодержащих соединений, является работа Хэсти и Бонелла . Авторы изучали влияние классического ингибитора СБзВг и ТМФ на метанокислородные и водородокислородиые пламена различного типа и состава методом молекулярнопучковой массспектрометрии и оптическими методами. Используя визуальные наблюдения за высотой конуса пламени, Хэсти и Бонелл установили, что введение добавки ТМФ приводит к уменьшению скорости свободного распространения метанокислородного пламени, и первыми предложили несколько уравнений с участием фосфорсодержащих соединений, описывающие ингибирование метанокислородных пламен. Позднее реакции, объясняющие ингибирование пламен добавками ФОС, которые были включены в механизм, предложенный Тваровски на лет позже . Многочисленные экспериментальные данные, приведенные в работе , представляют значительный интерес. Так впервые авторы зарегисгрировали изменение концентраций радикалов при введении в пламя добавки ТМФ и измерили профили интенсивностей пиков, соответствующие РО, Р и НР.