Heterogenní spalování - Heterogeneous combustion - Wikipedia

Heterogenní spalování, jinak známý jako spalování v porézních médiích, je typ spalování ve kterém pevná a plynná fáze interagují, aby podporovaly úplný přenos reaktantů na jejich produkty s nízkým energetickým potenciálem. U tohoto typu spalování je pevná látka s velkou povrchovou plochou ponořena do plynného reakčního proudu, další tekuté fáze mohou nebo nemusí být přítomny. Chemické reakce a přenos tepla probíhají lokálně v každé fázi a mezi oběma fázemi. Heterogenní spalování se liší od katalýza protože neexistuje zaměření na jednu fázi jednotlivě, ale spíše na obě současně. V některých materiálech, jako např karbid křemíku (SiC), oxidové vrstvy, SiO a SiO2, které se tvoří na povrchu, umožňují adsorpci vodní páry z plynné fáze na pevné snižující parciální tlaky.[1] V tomto režimu spalování se tepelné teplo uvolňované z vedlejších produktů spalování přenáší do pevné fáze pomocí proudění; vedení a záření pak vedou teplo proti proudu (spolu s nepříznivým prouděním v plynné fázi). Poté se teplo konvekčně přenáší na nespálené reaktanty.[2]

Aplikace

V literatuře existuje mnoho aplikací heterogenního spalování, které jsou odvozeny z jedinečného způsobu, jakým tento proces spalování recirkuluje teplo. Tato zařízení mohou být použita buď jako samostatná zařízení, nebo ve spojení s jinými způsoby přeměny energie pro vysoce efektivní kombinovaná výroba tepla a elektřiny (CHP) aplikace. Například výroby elektřiny prostřednictvím radiační a konvekční výměny tepla se spalovací komorou lze dosáhnout pomocí organických Rankinových cyklů ve vícestupňovém procesu ohřevu,[1] nebo pomocí přísně zářivých emisí prostřednictvím fotovoltaické a termionický generátory.[1] Pro účely malého vytápění lze použít heterogenní spalovací komory,[3] a jako oxidační činidla těkavé organické sloučeniny (VOC).[4] Heterogenní spalování lze také kombinovat sériově a paralelně s několika vstřikovacími stupni pro použití v plynových erupcích v chemických výrobnách nebo ropných vrtech.[1]

Plamenná struktura

Schéma jednoduchého heterogenního spalovacího zařízení, které červeně zobrazuje umístění plamene, které existuje v dutinách pevné struktury.[5]
Graf znázorňující teplotu plynných a pevných fází pro heterogenní spalování se směrem přenosu tepla označeným červeně.[5]

Ve spalovací komoře obsahující porézní média lze předpokládat následující strukturu prostředí. Oblast předehřívání existuje před povrchem čela plamene označeného δp. Délka předehřívání je označena začátkem porézní pevné látky, kde dochází k znatelnému přenosu tepla do plynné fáze a končí, když pevná látka a plynná fáze dosáhnou rovnovážné teploty. Oblast uvolňování chemického tepla, plamen, jehož tloušťku lze určit jako δL, existuje po oblasti předehřívání a její délka závisí na hmotnostním toku, vlastnostech povrchu a poměru ekvivalence. Za plamenem, kde dochází k minimálnímu uvolňování chemického tepla, se teplo konvekčně přenáší z následných spalin do pevné látky. Teplo poté vede a vyzařuje pevnou strukturou proti proudu plamenem. V oblasti předehřívání se teplo opět konvekčně přenáší z pevné struktury na plyn.[5]

Plamenová struktura uvnitř porézní matrice byla zobrazena pomocí rentgenové absorpce.[6] Pro vyhodnocení teploty v plynné fázi byla reakční směs zředěna Kryptonem: inertním plynem, který má velký rentgenový absorpční koeficient.[7]

Reference

  1. ^ A b C d Terracciano, Anthony (2016). „Návrh a vývoj porézního heterogenního spalovacího zařízení pro efektivní výrobu tepla spalováním kapalných a plynných paliv“. Aplikovaná energie. 179 (1): 228–236. doi:10.1016 / S0082-0784 (81) 80052-5.
  2. ^ Takeno, Tadao (1981). „Teoretická studie nadbytečného plamene entalpie“. Sympozium (mezinárodní) o spalování. 18 (1): 465–72. doi:10.1016 / j.apenergy.2016.06.06.128.
  3. ^ Babkin, V (2010). "Spalování prosakujícího plynu". Aplikovaná energie. 87 (7): 2148–2155. doi:10.1016 / j.apenergy.2009.11.010.
  4. ^ Avdic, F (1987). "Spalování prosakujícího plynu". Spalovací, explozní a rázové vlny. 23 (5): 531–547. doi:10.1007 / BF00756535. S2CID  95758151.
  5. ^ A b C Terracciano, Anthony Carmine (2014). NÁVRH A VÝVOJ HETEROGENNÍCH SPALOVACÍCH SYSTÉMŮ PRO APLIKACE LEAN BURN (PDF) (M.S.M.E). University of Central Florida.
  6. ^ Dunnmon, Jared; Sobhani, Sadaf; Wu, Meng; Fahrig, Rebecca; Ihme, Matthias (2017). "Vyšetřování vnitřní struktury plamene při spalování porézních médií pomocí rentgenové počítačové tomografie". Sborník spalovacího ústavu. 36 (3): 4399–4408. doi:10.1016 / j.proci.2016.06.06.188.
  7. ^ Boigné, Emeric; Muhunthan, Priyanka; Mohaddes, Danyal; Wang, Qing; Sobhani, Sadaf; Hinshaw, Waldo; Ihme, Matthias (2019). „Rentgenová počítačová tomografie pro analýzu struktury plamene laminárních předem smíchaných plamenů“. Spalování a plamen. 200: 142–154. doi:10.1016 / j.combustflame.2018.11.015. PMC  6278941. PMID  30532316.