Jump to content

Холодное пламя

Холодное пламя это пламя , имеющее типичную температуру около 400 °C (752 °F). [ 1 ] В отличие от обычного горячего пламени, реакция не является бурной и выделяет мало тепла, света или углекислого газа . Холодное пламя трудно наблюдать, и оно редко встречается в повседневной жизни, но оно ответственно за детонацию двигателя – нежелательное, беспорядочное и шумное сгорание низкооктанового топлива в двигателях внутреннего сгорания . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

Холодное пламя было случайно обнаружено в 1810-х годах сэром Хамфри Дэви , который вставил горячую платиновую проволоку в смесь воздуха и паров диэтилового эфира. «Когда опыт по медленному горению эфира производится в темноте, над проволокой ощущается бледный фосфоресцирующий свет, который, конечно, наиболее отчетливо проявляется тогда, когда проволока перестает зажигаться. Это явление связано с образованием своеобразного едкое летучее вещество, обладающее кислотными свойствами». [ 5 ] : 79  Заметив, что некоторые виды пламени не обжигают его пальцы и не воспламеняют спичку, он также обнаружил, что это необычное пламя может превращаться в горячее пламя и что при определенном составе и температуре оно не требует внешнего источника воспламенения, такого как искра. или горячий материал. [ 2 ] [ 5 ] [ 6 ]

Гарри Юлиус Эмелеус был первым, кто зарегистрировал их спектры излучения, а в 1929 году он ввел термин «холодное пламя». [ 7 ] [ 8 ]

Параметры

[ редактировать ]
Сложный CFT (°C (°F)) МТА (°C (°F))
Метилэтилкетон 265 ° С (509 ° F) 515 ° С (959 ° F)
Метилизобутилкетон 245 ° С (473 ° F) 460 °С (860 °Ф)
Изопропиловый спирт 360 °С (680 °Ф) 400 ° С (752 ° F)
н- Бутилацетат 225 ° С (437 ° F) 420 ° С (788 ° F)

Холодное пламя может возникать в углеводородах , спиртах , альдегидах , маслах , кислотах , восках , [ 9 ] и даже метан . Самая низкая температура холодного пламени плохо определена и условно принимается за температуру, при которой пламя можно обнаружить на глаз в темном помещении (холодное пламя почти не видно при дневном свете). Эта температура незначительно зависит от соотношения топлива и кислорода и сильно зависит от давления газа – существует порог, ниже которого не образуется холодное пламя. Конкретным примером является смесь 50% н- бутана и 50% кислорода (по объему), которая имеет температуру холодного пламени (CFT) около 300 °C (572 °F) при 165 мм рт. ст. (22,0 кПа). Один из самых низких значений CFT (156 °C (313 °F)) был зарегистрирован для смеси C 2 H 5 OC 2 H 5 + O 2 + N 2 при 300 мм рт. ст. (40 кПа). [ 10 ] CFT значительно ниже температуры самовоспламенения (AIT) обычного пламени (см. таблицу [ 8 ] ). [ 2 ]

Спектры холодного пламени состоят из нескольких полос, в которых преобладают синий и фиолетовый цвета – поэтому пламя обычно кажется бледно-голубым. [ 11 ] Синий компонент возникает из возбужденного состояния формальдегида (CH 2 O*), который образуется в результате химических реакций в пламени: [ 8 ]

CH 3 O• + •OH → CH 2 O* + H 2 O
CH 3 O• + CH n O• → CH 2 O* + CH n OH

Холодное пламя не возникает мгновенно после приложения порогового давления и температуры, а имеет время индукции. С увеличением давления время индукции сокращается, а интенсивность свечения увеличивается. С повышением температуры интенсивность может уменьшаться из-за исчезновения пероксирадикалов, необходимых для указанных выше реакций свечения. [ 8 ]

Самоподдерживающееся, стабильное холодно-диффузионное пламя было создано путем добавления озона в поток окислителя. [ 12 ]

Механизм

[ редактировать ]

Если в горячем пламени молекулы распадаются на мелкие фрагменты и соединяются с кислородом, образуя углекислый газ (т. е. сгорают), то в холодном пламени фрагменты сравнительно крупные и легко рекомбинируются друг с другом. Поэтому выделяется гораздо меньше тепла, света и углекислого газа; Процесс горения предварительно смешанной смеси носит колебательный характер и может поддерживаться в течение длительного времени. Типичное повышение температуры при зажигании холодного пламени составляет несколько десятков градусов Цельсия, тогда как для горячего пламени оно составляет порядка 1000 °C (1830 °F). [ 2 ] [ 13 ]

Большинство экспериментальных данных можно объяснить моделью, рассматривающей холодное пламя просто как медленную химическую реакцию, в которой скорость выделения тепла превышает скорость теплоотдачи. Эта модель также объясняет колебательный характер пламени холодной предварительно смешанной смеси: реакция ускоряется по мере выделения большего количества тепла, пока потери тепла не становятся заметными и временно не прекращают процесс. [ 11 ]

Холодное диффузионное пламя

[ редактировать ]

В отличие от холодного пламени предварительной смеси, холодное диффузионное пламя (CDF) горит при наличии градиента отношения эквивалентности. Впервые CDF были обнаружены в 2012 году в экспериментах с каплями на борту Международной космической станции. [ 14 ] С тех пор CDF наблюдались в сферическом пламени в условиях микрогравитации, сжигающем капли и газы. [ 15 ] и в нормальном гравитационном противотоке [ 12 ] и многослойное пламя. [ 16 ]

Приложения

[ редактировать ]

Холодное пламя может способствовать детонации двигателя – нежелательному, беспорядочному и шумному сгоранию низкооктанового топлива в двигателях внутреннего сгорания. [ 2 ] В обычном двигателе с искровым зажиганием фронт пламени горячей предварительно смешанной смеси плавно движется в камере сгорания от свечи зажигания, сжимая топливно-воздушную смесь впереди. Однако сопутствующее повышение давления и температуры может привести к образованию холодного пламени в последней несгоревшей топливно-воздушной смеси (так называемых конечных газах) и участвовать в самовоспламенении конечных газов.

Это внезапное локализованное выделение тепла создает ударную волну, которая проходит через камеру сгорания, при этом внезапное повышение давления вызывает слышимый стук. Хуже того, ударная волна разрушает тепловой пограничный слой на поверхности поршня, вызывая перегрев и возможное плавление. Выходная мощность снижается, и, если дроссель (или нагрузка) не будет быстро отключен, двигатель может быть поврежден, как описано, через несколько минут. Чувствительность топлива к воспламенению холодным пламенем сильно зависит от температуры, давления и состава.

Холодное пламя инициирует процесс детонации вероятно только в сильно дросселированных условиях эксплуатации, поскольку холодное пламя наблюдается при низких давлениях. В нормальных условиях эксплуатации самовоспламенение происходит без инициирования холодным пламенем. Хотя температура и давление сгорания во многом определяются двигателем, состав можно контролировать с помощью различных антидетонационных присадок. Последние в основном направлены на удаление радикалов (таких как упомянутый выше CH 2 O*), тем самым подавляя основной источник холодного пламени. [ 17 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Линдстрем, Б.; Карлссон, JAJ; Экдунге, П.; Де Вердье, Л.; Хэггендал, Б.; Даводи, Дж.; Нильссон, М.; Петтерссон, ЖЖ (2009). «Реформатор дизельного топлива для автомобильных топливных элементов» (PDF) . Международный журнал водородной энергетики . 34 (8): 3367. doi : 10.1016/j.ijhydene.2009.02.013 . Архивировано из оригинала (PDF) 8 июня 2011 г. Проверено 18 мая 2010 г.
  2. ^ Перейти обратно: а б с д и Перлман, Ховард; Чапек, Ричард М. (1999). Холодное пламя и самовоспламенение: теория термического зажигания, экспериментально подтвержденная в условиях микрогравитации . НАСА . п. 142. ИСБН  978-1-4289-1823-8 . , Веб-версия в НАСА. Архивировано 1 мая 2010 г. в Wayback Machine.
  3. ^ Грей, Питер; Скотт, Стивен К. (1994). Химические колебания и неустойчивости: нелинейная химическая кинетика . Издательство Оксфордского университета. п. 437. ИСБН  978-0-19-855864-4 .
  4. ^ Скотт, Стивен К. (1993). Химический хаос . Издательство Оксфордского университета. п. 339. ИСБН  978-0-19-855658-9 .
  5. ^ Перейти обратно: а б Дэви, Х. (1817) «Некоторые новые эксперименты и наблюдения по горению газовых смесей с описанием метода сохранения непрерывного света в смесях горючих газов и воздуха без пламени», « Философские труды Лондонского королевского общества ». , 107 : 77-86.
  6. Ряд других исследователей впоследствии также наблюдали холодное пламя:
    • Миллер, Х.Б. (1826) «О производстве уксусной кислоты в некоторых оригинальных экспериментах с металлическими и неметаллическими веществами над эфиром, спиртом и т. д.» , «Анналы философии» , новая серия, 12 : 17–20. Страница 19: «Кончик стеклянной палочки, поднесенный к эфиру, испускает синее пламя со всей своей поверхности; в изобилии образуется уксусная кислота».
    • (Дёберейнер) (1834) « Поглощение кислорода платиной», Анналы физики и химии , 31 :512. Со стр.512: «Еще одно небезынтересное наблюдение Дёберейнера таково: эфир уже при температуре 90°Р. горит с бледно-голубое пламя, заметное только в темноте и не загорающееся но сам по себе настолько воспламеняем, что при приближении горящей свечи тотчас же превращается в пылающее, яркое пламя». (Еще одно небезынтересное наблюдение Деберейнера состоит в том, что эфир горит даже при температуре 90° по Реомюру бледно-голубым пламенем, заметным только в темноте, которое не вызывает воспламенения [предметов], но сам настолько легко воспламеняется, что при приближении горящей свечи, оно мгновенно превращается в пылающее, ярко светящееся пламя.)
    • Бутиньи, Пьер Ипполит (1840) «Феномены калефикации» , Отчеты …, 12 : 397-407. На странице 400 Бутиньи заявил, что когда диэтиловый эфир добавляли по каплям в раскаленный докрасна платиновый тигель, образовывался раздражающий кислый пар. «…нужно предположить, что там происходит медленное горение
    • Бутиньи, Пьер Ипполит (1857) Исследования тел в сфероидальном состоянии: новая ветвь физики , 3-е изд. Париж, Франция: Виктор Массон, стр. 165-166. На странице 166 Бутиньи отметил, что, когда он налил немного диэтилового эфира в горячий тигель: «В глубокой темноте мы видим на всех этапах эксперимента пламя незаметного светло-голубого цвета, которое волнообразно колеблется в тигле, который оно наполняет. вся емкость. Это редкое и прозрачное пламя является признаком глубокой метаморфозы, которую претерпевает эфир. Оно характеризуется выделением пара, запах которого живой и сильный; проникающее сильно раздражает слизистую оболочку носа и конъюнктиву». (В глубокой темноте на всех стадиях опыта можно увидеть пламя незаметного светло-голубого цвета, которое колеблется в тигле, который он полностью заполняет. Это редкое и прозрачное пламя есть признак глубокой метаморфозы, которую претерпевает эфир; для него характерно выделение пара, резкий и пронзительный запах которого сильно раздражает слизистую оболочку носа и конъюнктиву [глаз].)
    • Перкин, WH (1882) «Некоторые наблюдения над светящимся неполным сгоранием эфира и других органических тел», Journal of the Chemical Society , 41 : 363-367.
  7. ^ Эмелеус, Гарри Юлиус (1929). «CCXXIX. — Световое излучение фосфоресцирующего пламени эфира, ацетальдегида, пропалдегида и гексана». Дж. Хим. Соц. : 1733–1739. дои : 10.1039/JR9290001733 .
  8. ^ Перейти обратно: а б с д Пасман, Х.Дж.; Фредхольм, О.; Якобссон, Андерс (2001). Предотвращение потерь и повышение безопасности в перерабатывающих отраслях . Эльзевир. стр. 923–930. ISBN  0-444-50699-3 .
  9. ^ Опасности XIX: безопасность процессов и защита окружающей среды: что мы знаем? куда мы идем? . IChemE. 2006. с. 1059. ИСБН  0-85295-492-1 .
  10. ^ Гриффитс, Джон Ф.; Иномата, Тадааки (1992). «Колебательное холодное пламя при горении диэтилового эфира». Журнал Химического общества, Faraday Transactions . 88 (21): 3153. doi : 10.1039/FT9928803153 . (в этой ссылке приводятся свидетельства холодного огня при температуре 430 К, что составляет 156 С, а не 80 С)
  11. ^ Перейти обратно: а б Барнард, Дж (1969). «Холоднопламенное окисление кетонов». Симпозиум (международный) по горению . 12 (1): 365–373. дои : 10.1016/S0082-0784(69)80419-4 .
  12. ^ Перейти обратно: а б Выиграл, Ш.Х.; Цзян, Б.; Дьевар, П.; Зон, Швейцария; Джу, Ю. (2015). «Самоподдерживающееся холодное диффузионное пламя н-гептана, активируемое озоном». Труды Института горения . 35 (1): 881–888. дои : 10.1016/j.proci.2014.05.021 .
  13. ^ Джонс, Джон Клиффорд (сентябрь 2003 г.). «Низкотемпературное окисление» . Безопасность процессов добычи углеводородов: текст для студентов и специалистов . Талса, ОК: PennWell. стр. 32–33. ISBN  978-1-59370-004-1 .
  14. ^ Наягам, Веда; Дитрих, Дэниел Л.; Феркул, Павел В.; Хикс, Майкл С.; Уильямс, Форман А. (1 декабря 2012 г.). «Может ли холодное пламя поддерживать квазистационарное горение капель алкана?» . Горение и пламя . 159 (12): 3583–3588. дои : 10.1016/j.combustflame.2012.07.012 . ISSN   0010-2180 .
  15. ^ Ким, Минхён; Уодделл, Кендил А.; Сандерленд, Питер Б.; Наягам, Веда; Стокер, Деннис П.; Дитрих, Дэниел Л.; Цзюй, Игуан; Уильямс, Форман А.; Ирас, Филипп; Аксельбаум, Ричард Л. (1 января 2023 г.). «Сферическое холодное диффузионное пламя, работающее на газе» . Труды Института горения . 39 (2): 1647–1656. дои : 10.1016/j.proci.2022.07.015 . hdl : 1903/29540 . ISSN   1540-7489 .
  16. ^ Уодделл, Кендил А.; Ли, Хан Джу; Наягам, Веда; Аксельбаум, Ричард Л.; Сандерленд, Питер Б. (01 августа 2023 г.). «Холодное диффузионное пламя в устойчиво стратифицированном застойном потоке» . Горение и пламя . 254 : 112852. doi : 10.1016/j.combustflame.2023.112852 . ISSN   0010-2180 .
  17. ^ Тоттен, Джордж Э.; Уэстбрук, Стивен Р.; Шах, Раджеш Дж., ред. (2003). Справочник по горюче-смазочным материалам: технология, свойства, эксплуатационные характеристики и испытания . АСТМ Интернешнл. п. 73. ИСБН  0-8031-2096-6 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: b4ea2faa2dc86ca2538af349b91b784a__1721460300
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b4/4a/b4ea2faa2dc86ca2538af349b91b784a.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Cool flame - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)