WikiDer > Гетерогенное горение - Википедия

Heterogeneous combustion - Wikipedia

Гетерогенное горение, иначе известный как горение в пористой среде, это тип горение в котором твердая и газовая фазы взаимодействуют, способствуя полному переносу реагентов на продукты с более низким энергетическим потенциалом. В этом типе горения твердое тело с большой площадью поверхности погружается в газообразный реагирующий поток, дополнительные жидкие фазы могут присутствовать или отсутствовать. Химические реакции и теплопередача происходят локально на каждой фазе и между обеими фазами. Гетерогенное горение отличается от катализ поскольку нет акцента ни на одной из фаз по отдельности, а на том, что обе рассматриваются одновременно. В некоторых материалах, например Карбид кремния (SiC), оксидные слои, SiO и SiO2, которые образуются на поверхности, позволяют адсорбировать водяной пар из газовой фазы на твердое тело, снижая парциальные давления.[1] В этом режиме горения тепловое тепло, выделяемое побочными продуктами горения, передается твердой фазе посредством конвекция; проводимость и излучение проводят тепло вверх по потоку (наряду с неблагоприятной конвекцией в газовой фазе). Затем тепло конвективно передается несгоревшим реагентам.[2]

Приложения

В литературе существует множество применений гетерогенного горения, которые основаны на уникальном способе рециркуляции тепла в этом процессе горения. Эти устройства могут использоваться как автономные устройства, так и в сочетании с другими средствами преобразования энергии для повышения эффективности. комбинированное производство тепла и электроэнергии (CHP) приложения. Например, производство электроэнергии посредством радиационного и конвективного теплообмена с камерой сгорания может быть выполнено с использованием органических циклов Ренкина в многоступенчатом процессе нагрева,[1] или используя строго радиационные выбросы через фотоэлектрический и термоэлектронный генераторы.[1] Неоднородные камеры сгорания могут использоваться для небольших отопительных целей,[3] и как окислители летучие органические соединения (ЛОС).[4] Неоднородное сжигание также можно комбинировать последовательно и параллельно с несколькими стадиями закачки для использования в факелах газа на химических заводах или нефтяных скважинах.[1]

Структура пламени

Схема простой неоднородной камеры сгорания, показывающая красным цветом расположение пламени, которое существует в пустотах твердой конструкции.[5]
График температуры газовой и твердой фаз при гетерогенном горении с направлением теплопередачи, отмеченным красным.[5]

Внутри камеры сгорания, содержащей пористую среду, структуру окружающей среды можно предположить следующим образом. Перед поверхностью фронта пламени существует область предварительного нагрева, обозначенная δп. Длина предварительного нагрева отмечается началом пористого твердого тела, где происходит значительная теплопередача к газовой фазе, и заканчивается, когда твердая и газовая фазы достигают равновесной температуры. Область химического тепловыделения - пламя, толщину которой можно представить как δL, существует после области предварительного нагрева, и ее длина зависит от потока массы, свойств поверхности и отношения эквивалентности. За пределами пламени, где происходит минимальное химическое тепловыделение, тепло конвективно передается от газов дожигания в твердое тело. Затем тепло проходит и излучается через твердую структуру выше по потоку через пламя. В области предварительного нагрева тепло снова конвективно передается от твердой конструкции к газу.[5]

Структура пламени внутри пористой матрицы была отображена с помощью поглощения рентгеновских лучей.[6] Чтобы оценить температуру в газовой фазе, реакционную смесь разбавили криптоном: инертным газом, который имеет большой коэффициент поглощения рентгеновских лучей.[7]

Рекомендации

  1. ^ а б c d Терраччано, Энтони (2016). «Проектирование и разработка пористой гетерогенной камеры сгорания для эффективного производства тепла путем сжигания жидкого и газообразного топлива». Прикладная энергия. 179 (1): 228–236. Дои:10.1016 / S0082-0784 (81) 80052-5.
  2. ^ 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.
  3. ^ Бабкин, В (2010). «Сжигание отходящих газов». Прикладная энергия. 87 (7): 2148–2155. Дои:10.1016 / j.apenergy.2009.11.010.
  4. ^ Авдик, Ф (1987). «Сжигание отходящих газов». Горение, взрыв и ударные волны. 23 (5): 531–547. Дои:10.1007 / BF00756535. S2CID 95758151.
  5. ^ а б c Терраччано, Энтони Кармин (2014). ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ГЕТЕРОГЕННОГО СГОРАНИЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ БЕДАЛЬНОГО СЖИГА (PDF) (M.S.M.E). Университет Центральной Флориды.
  6. ^ Даннмон, Джаред; Собхани, Садаф; Ву, Мэн; Фариг, Ребекка; Ихме, Маттиас (2017). «Исследование структуры внутреннего пламени при горении пористых сред с помощью рентгеновской компьютерной томографии». Труды Института горения. 36 (3): 4399–4408. Дои:10.1016 / j.proci.2016.06.188.
  7. ^ Буань, Эмерик; Мухунтан, Приянка; Мохаддес, Даньял; Ван, Цин; Собхани, Садаф; Хиншоу, Уолдо; Ихме, Матиас (2019). «Рентгеновская компьютерная томография для анализа структуры пламени ламинарного предварительно смешанного пламени». Горение и пламя. 200: 142–154. Дои:10.1016 / j.combustflame.2018.11.015. ЧВК 6278941. PMID 30532316.