Гетерогенное горение
Гетерогенное горение , также известное как горение в пористой среде , представляет собой тип горения , при котором твердая и газовая фазы взаимодействуют, что способствует полному переходу реагентов к продуктам с их более низким энергетическим потенциалом. При этом типе сгорания твердое вещество с большой площадью поверхности погружается в газообразный реагирующий поток, дополнительные жидкие фазы могут присутствовать или отсутствовать. Химические реакции и теплообмен происходят локально на каждой фазе и между обеими фазами. Гетерогенное горение отличается от катализа тем, что здесь не уделяется внимания каждой фазе по отдельности, а рассматриваются обе фазы одновременно. В некоторых материалах, таких как карбид кремния (SiC), оксидные слои SiO и SiO 2 , образующиеся на поверхности, позволяют адсорбировать водяной пар из газовой фазы на твердое вещество, снижая парциальное давление. [1] В этом режиме горения теплота, выделяющаяся из побочных продуктов сгорания, переносится в твердую фазу путем конвекции ; И проводимость, и излучение затем проводят тепло вверх по течению (наряду с неблагоприятной конвекцией внутри газовой фазы). Затем тепло конвективно передается несгоревшим реагентам. [2]
Приложения
[ редактировать ]В литературе описано множество применений гетерогенного горения, основанных на уникальном способе рециркуляции тепла в этом процессе горения. Эти устройства могут использоваться либо как автономные устройства, либо в сочетании с другими средствами преобразования энергии для высокоэффективных применений комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ). Например, производство электроэнергии посредством радиационного и конвективного теплообмена с камерой сгорания может быть достигнуто с использованием органических циклов Ренкина в многоступенчатом процессе нагрева. [1] или использование строго радиационного излучения с помощью фотоэлектрических и термоэмиссионных генераторов. [1] Гетерогенные камеры сгорания могут использоваться для небольших целей отопления. [3] и как окислители летучих органических соединений (ЛОС). [4] Гетерогенное сжигание также можно комбинировать последовательно и параллельно с несколькими ступенями впрыска для использования в газовых факелах на химических заводах или на нефтяных скважинах. [1]
Структура пламени
[ редактировать ]
В камере сгорания, содержащей пористую среду, структуру среды можно предположить следующей. Перед поверхностью фронта пламени существует область предварительного нагрева, обозначаемая δ p . Длина предварительного нагрева отмечается началом пористого твердого тела, где происходит заметная передача тепла в газовую фазу, и заканчивается, когда твердая и газовая фазы достигают равновесной температуры. Область химического тепловыделения, пламя, толщину которого можно обозначить как δ L , существует после области предварительного нагрева, и ее длина зависит от потока массы, свойств поверхности и коэффициента эквивалентности. За пределами пламени, где происходит минимальное химическое тепловыделение, тепло конвективно передается от газов дожигания в твердое вещество. Затем тепло проводится и излучается через твердую структуру вверх по течению через пламя. В зоне предварительного нагрева тепло снова конвекционно передается от твердой структуры к газу. [5]
Структура пламени внутри пористой матрицы была получена с помощью поглощения рентгеновских лучей. [6] Для оценки температуры внутри газовой фазы реакционную смесь разбавляли криптоном — инертным газом, имеющим большой коэффициент поглощения рентгеновских лучей. [7]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Терраччано, Энтони (2016). «Проектирование и разработка пористой гетерогенной камеры сгорания для эффективного производства тепла путем сжигания жидкого и газообразного топлива». Прикладная энергетика . 179 (1): 228–236. дои : 10.1016/S0082-0784(81)80052-5 .
- ^ Такено, Тадао (1981). «Теоретическое исследование пламени с избыточной энтальпией». Симпозиум (международный) по горению . 18 (1): 465–72. дои : 10.1016/j.apenergy.2016.06.128 .
- ^ Бабкин, В (2010). «Сжигание просачивающегося газа». Прикладная энергетика . 87 (7): 2148–2155. дои : 10.1016/j.apenergy.2009.11.010 .
- ^ Авдич, Ф (1987). «Сжигание просачивающегося газа». Горение, взрыв и ударные волны . 23 (5): 531–547. дои : 10.1007/BF00756535 . S2CID 95758151 .
- ^ Jump up to: а б с Терраччано, Энтони Кармин (2014). ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ СГОРАНИЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ СЖИГАНИЯ ОБЕДЕННОЙ ГРЯДКИ (PDF) (MSME). Университет Центральной Флориды.
- ^ Даннмон, Джаред; Собхани, Садаф; Ву, Мэн; Фариг, Ребекка; Име, Матиас (2017). «Исследование структуры внутреннего пламени при горении пористых сред методом рентгеновской компьютерной томографии». Труды Института горения . 36 (3): 4399–4408. дои : 10.1016/j.proci.2016.06.188 .
- ^ Буанье, Эмерик; Мухунтан, Приянка; Мохадес, Даньял; Ван, Цин; Собхани, Садаф; Хиншоу, Уолдо; Име, Матиас (2019). «Рентгеновская компьютерная томография для анализа структуры пламени ламинарного пламени предварительно смешанных смесей» . Горение и пламя . 200 : 142–154. дои : 10.1016/j.combustflame.2018.11.015 . ПМК 6278941 . ПМИД 30532316 .