Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор. 11
1.1. Определение детонационной стойкости топлив. И
1.2. Оценка детонационной стойкости топлив с помощью моторной установки
1.3. Альтернативные методы определения детонационной стойкости. 13
1.3.1. Хроматографический метод оценки качества бензинов. 14
1.3.2. Оценка детонационной стойкости по поглощению бензином инфракрасного излучения. 14
1.3.3. Оценка детонационной стойкости по давлению газов, возникающему в специальном реакторе - метод «МО-НЕРЕКС». 15
1.3.4. Оценка детонационной стойкости по характеристике самовоспламенения бензина. 17
1.3.5. Оценка детонационной стойкости по диэлектрической проницаемости бензинов. 18
1.3.6. Редкие методы. 21
1.4. Кинетика процесса окисления углеводородов 22
1.4.1. Общие соображения 22
1.4.2. Скорость реакции. 23
1.4.3. Параметры процесса горения. 25
1.4.4. Температура воспламенения 27
1.4.5. Самовоспламенение. 30
Глава 2. Экспериментальная часть. 37
2.1. Общие соображения. 37
2.2. Выбор метода экспериментального определения параметров реакций окисления углеводородов. 39
2.3. Создание лабораторной установки. 41
2.4. Физическая модель устройства для измерения параметров реакции окисления углеводородного сырья . 44
2.5. Условия возникновения и протекания реакции окисления углеводородного сырья в потоке воздуха. 52
2.6. Исследование продуктов реакции холоднопламенного окисления индивидуальных углеводородов. 55
2.6.1. Исследование реакционной способности изооктана масс - спектрометрическим и газохроматографическим методами.
2.6.2. Исследование реакционной способности я-гептана масс- спектрометрическим и газохроматографическим методами. 57
2.6.2.1. Определение состава продуктов превращения «-гептана в отсутствии кислорода. 58
2.6.2.2. Определение состава продуктов превращения «-гептана в присутствии кислорода воздуха. 58
2.6.2.3. Механизм реакций холоднопламенного окисления «-алканов в реакторе, нагретом до состояния возникновения реакции холоднопламенного окисления углеводородов. 74
2.6.2.4. Анализ зависимости поведения температурных и временных параметров холоднопламенного окисления углеводородного сырья с учетом механизма превращения исследуемых углеводородов. 81
Глава 3. Технологическая часть. 85
3.1. Интерпретация определение детонационной стойкости с помощью моторных установок по собственным параметрам топлив. 85
3.2. Экспериментальная оценка возможности определения детонационной стойкости по собственным параметрам окисления топлив . 86
3.2.1. Постановка задачи анализа. 86
3.2.2. Функциональная схема, условия проведения эксперимента, и его результаты. 87
3.2.3. Время как физический параметр, эквивалентный детонационной стойкости топлива, определяемого по исследовательскому методу. 93
3.3. Анализ процессов, происходящих в ходе реакции холоднопламенного окисления смеси индивидуальных углеводородов. 98
Глава 4. Разработка анализатора детонационной стойкости бензинов 105
4.1. Выбор метода определения детонационной стойкости бензинов 105
4.2. Функциональная схема анализатора детонационной стойкости бензинов. 106
4.3. Принцип работы прибора и его элементов. 108
4.4. Алгоритм обработки результатов. 109
4.5. Объективность определения детонационной стойкости бензинов с присадками с помощью прибора ОК-2М. 114
Выводы. 121
Литература. 122
Приложения. 129
- Оценка детонационной стойкости топлив с помощью моторной установки
- Кинетика процесса окисления углеводородов
- Физическая модель устройства для измерения параметров реакции окисления углеводородного сырья
- Экспериментальная оценка возможности определения детонационной стойкости по собственным параметрам окисления топлив
Введение к работе
Актуальность темы. Характерной чертой настоящего времени стал рост автомобильного парка с форсированными мощными бензиновыми двигателями, которые требуют применения топлив с высокими антидетонационными характеристиками. Повышение детонационной стойкости достигается за счет увеличения содержания в составе топлива высокооктановых компонентов вторичных процессов переработки нефти. Но уже в начале прошлого века при производстве бензинов стали применять специальные антидетонационные добавки и присадки. В качестве добавок используют кислородосодер-жащие соединения, такие как спирты и эфиры. В качестве антидетонационных присадок до определённого времени использовали композиции на основе тетраэтилсвинца. После отказа от его использования, в конце прошлого века, появились другие металлосодержащие присадки, менее вредные, но зато и менее устойчивые к различным эксплуатационным факторам. Обращает на себя внимание и тот факт, что до настоящего времени ещё не полностью изучены не только сами добавки и присадки, но и их совместимость. В результате потребитель далеко не всегда получает топливо гарантированного качества.
В настоящее время в России годовой объём производства бензинов составляет более 30 млн. тонн в год. В связи с возросшими экологическими требованиями наращиваются объёмы производства высокооктановых бензинов. Страны Евросоюза не производят низкооктановых бензинов. Минимальное значение октанового числа бензина в этих странах составляет 82,5 (ОЧМ). Главной проблемой нефтегазовой отрасли России на период до 2010 года является повышение качества моторных топлив и, в частности, улучшение антидетонационных свойств автомобильных бензинов. Такие перспективы заставляют по-новому смотреть на вопрос контроля основного показателя качества топлив - их детонационной стойкости. Отсутствие надёжных и объективных экспресс анализаторов детонационной стойкости затрудняет интенсификацию процесса выработки бензинов с улучшенными антидетонационными свойствами.
К сложности и дороговизне организации обслуживания моторных установок добавляется постоянное повышение цен на первичные эталоны. Сегодня цена одного определения детонационной стойкости моторным и исследовательским методами доходит до 100 долларов США.
Много исследований последнее время велось и ведётся в направлении поиска альтернативных (безмоторных) способов определения детонационной стойкости топлив. Найденные способы имеют существенные ограничения. Многие исследователей сходятся во мнении, что должны существовать физические параметры углеводородов, по которым можно определять детонационную стойкость, и искать их следует в области предпламенных процессов окисления топлив.
Цель работы.
Целью представляемого исследования являлось:
создание экспресс анализатора детонационной стойкости бензинов по параметрам реакции холоднопламенного окисления топлив. исследование реакций холоднопламенного окисления углеводородов и взаимосвязь их параметров с детонационными свойствами топлив.
Для этого были поставлены и решены следующие задачи:
1. Проанализированы теоретические основы и методы исследования процессов горения.
2. Исследованы особенности реакции холоднопламенного окисления углеводородов 3. Исследована кинетика реакции холоднопламенного окисления углеводородов в потоке инертных газов и в присутствии кислорода воздуха.
4. Проведен анализ и выбраны параметры процесса холоднопламенного окисления топлив, коррелирующие с их детонационной стойкостью.
5. Выбран наиболее оптимальный способ и принцип построения экспресс анализатора детонационной стойкости бензинов.
6. Обобщены и проанализированы способы, методы и технические решения задач оценки детонационной стойкости бензинов.
7. Проведен анализ и выбраны параметры процесса холоднопламенного окисления топлив, коррелирующие с их детонационной стойкостью.
8. Разработан и испытан образец прибора для определения детонационной стойкости бензинов. Прибор предназначен для определения детонационной стойкости бензинов и бензиновых фракций в технологических процессах и при исследовательских работах.
9. Разработана вся техническая документация, руководство по эксплуатации, техническое описание, методика работ и методика поверки прибора.
10. На основании результатов государственных испытаний прибор аттестован Украинским центром стандартизации, метрологии и сертификации и внесён в Государственный реестр средств измерительной техники, допущенных к применению в Украине и России.
Оценка детонационной стойкости топлив с помощью моторной установки
Для определения детонационной стойкости топлив, на практике, используют специально оборудованную установку - одноцилиндровый поршневой четырехтактный карбюраторный двигатель внутреннего сгорания с жидкостным термосифонно - испарительным охлаждением и специальным устройством для измерения степени сжатия топливовоздушной смеси [7].
Определение детонационной стойкости топлив производится широко известным в метрологии сравнительным методом. В качестве эталонных топлив применяют смеси двух индивидуальных углеводородов - изооктана и н-гептана. Эти топлива называются первичными эталонами. Сравнение работы двигателя на эталонном топливе и на реальном топливе требует сравнения каких-то параметров. В качестве такого параметра используется стандартный уровень детонации.
Кроме механических сложностей моторные установки имеют следующие недостатки: они громоздки, неоперативны, требуют отдельного помещения, специально оборудованного бетонным фундаментом, водопроводом и вентиляцией. Для прогрева моторной установки необходимы большие затраты энергии и времени, для анализа - значительное количество бензина и дорогостоящих реактивов, для эксплуатации требуется высококвалифицированный специалист.
В середине прошлого столетия (1939 - 1945г) интенсивно велись поиски альтернативных способов оценки детонационной стойкости бензинов. И хотя мало кого удовлетворяло определение октанового числа бензинов и их компонентов с помощью моторной установки, другого, более надежного, метода найти не удалось. И громоздкий, неоперативный, неэкономичный метод, использующий моторные установки, по сей день остаётся единственным законным методом оценки качества бензинов и признан арбитражным во всем мире.
Исследования в основном велись в направлении поиска физических и химических параметров топлив, предопределяющих возникновение детонации [8-11]. Исследователи ставили и решали, прежде всего, задачи улучшения оперативности измерений, обеспечения точности измерений, удовлетворяющей принятым стандартам и улучшения экономических показателей.
Хроматографический метод оценки качества бензинов является сугубо расчетным. Точность определения детонационной стойкости зависит от качества хроматограммы, программы ее обсчета, заложенной в компьютер, и никак не связана с прямыми параметрами горения бензинов. Этот метод далеко не нов, дорог, требует больших временных затрат. В последнее время, благодаря сопряжению хроматографов с современными персональными ЭВМ, обработка хроматограмм стала процессом менее трудоёмким и хроматографический метод стал применяться чаще.
Однако, если при расчете детонационной стойкости бензинов, не содержащих антидетонационных присадок, хроматографический метод позволяет рассчитать октановое число с точностью до полутора октановых единиц, то при необходимости расчета октанового числа бензинов, в составе которых есть металлосодержащие присадки, он бессилен. [10] Достоинством этого метода является возможность определения группового и фракционного, качественного и количественного состава бензинов. Недостатками являются невысокая точность, громоздкость, низкая опе ративность и высокая стоимость оборудования. Важным обстоятельст вом является и то, что результат зависит от квалификации специалиста экс плуатирующего хроматограф.
Оценка детонационной стойкости по поглощению бензином инфракрасного излучения - метод, реализованный в 90х годах прошлого столетия. Портативный анализатор топлив PETROSPEC GS 1000, рассчитывающий октановое число по групповому составу бензина, допущен к применению несколькими метрологическими стандартами [12,31-34]. Он применим «прак тически для любых типов автомобильных бензинов», так написано в техническом описании прибора PETROSPEC GS 1000 [14]. Однако, заложенный в нем принцип работы не позволяет видеть ряд антидетонаторов и, следовательно, имеет существенные ограничения по применению, о чем имеется примечание в инструкции по эксплуатации прибора.
Украинский центр стандартизации, метрологии и сертификации аттестовал два прибора такого типа, приобретённых ООО «ТНК-Украина» на точность ± 3 октановых единицы. Эти приборы установлены в передвижных лабораториях. Год эксплуатации показал сходимость с установками УИТ на уровне 50%.
К достоинствам метода следует отнести в первую очередь сравнительную оперативность измерений и небольшие габариты аппаратуры. К недостаткам - невысокую точность, как у любого расчетного метода, и невозможность определения детонационной стойкости бензинов, содержащих антидетонационные присадки.
Кинетика процесса окисления углеводородов
Классическая химическая кинетика изучает протекание химической реакции в идеализированных условиях: при постоянной - как во времени, так и в пространстве - температуре и постоянной в пространстве концентрации веществ.
Задачей макроскопической кинетики является изучение химической реакции в реальных условиях ее макроскопического протекания в природе или в технике, т. е. с учетом побочных физических процессов, накладывающихся на основной химический процесс. Важнейшими из этих физических процессов являются: во-первых, диффузия исходных веществ и продуктов реакции и, во-вторых, выделение и распространение тепла. И на тот, и на другой процесс сильно влияют гидродинамические условия - характер движения газа или жидкости, приводящего к конвективному переносу тепла и вещества.
Исследование таких сложных процессов, в которых наряду с химическими превращениями играет также роль передача тепла и вещества, имеет тройственное значение.
Во-первых, выясняются законы протекания химического процесса в тех условиях, где он имеет для нас практическое значение.
Во-вторых, изучение макроскопической кинетики дает нам ценные методы раскрытия истинной кинетики и механизма химических процессов, прямое исследование которых затруднено побочными, осложняющими факторами диффузии и тепловыделения.
В-третьих, изучая макроскопическую кинетику химических реакций, мы можем получить ценные сведения и о законах самих процессов переноса вещества и тепла, и, прежде всего, процессов конвективной диффузии, которые удобнее всего изучать именно в связи с химическими процессами [19].
В представляемом исследовании задача - обратная. Исходя из анализа кинетики протекания реакций в конкретных условиях найти такую их интерпретацию, которая позволила бы приблизить эти условия к идеальным -т.е. к классической химической кинетике - к протеканию химической реакции в стационарных, или, хотя бы, в квазистационарных условиях.
Всё разнообразие проявлений горения может быть отнесено к двум основным явлениям — возникновению и распространению пламени [20]. Скорость реакции горения является основным кинетическим параметром процесса.
Разнообразие явления горения может быть отнесено к процессам воспламенения и распространения пламени, а последнее — к ламинарным и турбулентным пламенам, с одной стороны, и к детонационному горению с другой.
Скорость горения рабочей смеси обычно оценивается временем, от момента воспламенения рабочей смеси до какого-либо определенного момента, например до момента, соответствующего максимальному давлению газа. Вместо времени t часто используется угол поворота коленчатого вала при заданной частоте его вращения. Кроме того, скорость горения рабочей смеси может быть оценена ускорением процесса, например быстротой нарастания давления. / // , абсолютной или средней за определённое время. В обоих случаях изменение скорости горения получается условным, так как зависит не только от быстроты протекания самой реакции горения, но и от формы и размера камеры горения и от частоты вращения коленчатого вала, т. е. оно характеризует не только свойства рабочей смеси, но и ряд дополнительных, в частности конструктивных, факторов [47].
Что скорость протекания реакции напрямую связана с детонационными свойствами топлива никогда не вызывало сомнений. Но определение скорости процесса горения всегда было затруднено именно быстротечностью.
Скорость процесса горения измеряли отрезками времени At (1/сек.). В случаях, когда измерение скорости горения производилось в двигателе внутреннего сгорания, оказывается более удобно пользоваться угловыми единицами - градусами в секунду (/сек.). Заметим, что речь идет об отрезках времени. При разных исследованиях оказывается полезным анализировать именно конкретные отрезки, например, период задержки. Если его измерить недостаточно точно, результат может быть искажен.
Существует зависимость между временными характеристиками, скоростью процесса превращения топлива и его газодинамическими параметрами, а также между давлением и скоростью сгорания [21,22].
Физическая модель устройства для измерения параметров реакции окисления углеводородного сырья
Большинство исследователей обычно проводили исследования скорости горения в сферическом или цилиндрическом объёме. Описано много устройств, позволяющих измерять скорость горения в радиальном и продольном направлениях. Но практически во всех случаях предполагалось, что в исходном состоянии испытуемая смесь равномерно заполняет весь реакционный объём.
В сферическом пламени, возбуждаемом в центре сферы, поток тепла от сгоревшей смеси к несгоревшеи является расходящимся. Это приводит к тому, что количество тепла, сообщаемое несгоревшеи смеси, с увеличением расстояния постепенно уменьшается, как и скорость распространения пламени [69,70]. Естественно, в такой системе очень трудно выдержать во времени условие равномерного заполнения сферы горючей смесью и, тем более, создать условия для однородного и равномерного протекания реакции.
При изучении распространения пламени в цилиндре обычно полагают, что последний закрыт с одного конца, открыт с другого и заполнен однородной горючей смесью, которая поджигается с открытого конца.
Процесс горения при этом ограничен стенками цилиндра. Вследствие этого получаются гораздо более высокие скорости продольного горения, чем в условиях свободного расширения для открытого пламени. Взаимодействие пламени и потока обычно осуществляется посредством обратной связи следующим образом: турбулентность потока, которая первоначально может быть слабой, вызывает искажение поверхности пламени; возникшее увеличение поверхности увеличивает количество газа, сгорающего в единицу времени, и тем самым, скорость потока газа в канале. Это, в свою очередь, вызывает большую турбулентность и, следовательно, искажение поверхности пламени и т. д., так что распространение пламени становится нестационарным и самоускоряющимся. Возникшее ускорение потока продуктов горения приводит к образованию импульсов давления, которые при распространении по несгоревшему газу могут превращаться в ударные волны и приводить к детонации [69,70].
Однако отмечалось, что при определенных условиях можно также получить пламя, которое будет стационарным и ламинарным. К сожалению, эти условия были изучены недостаточно. Известно только, что стационарный процесс удаётся получить в трубах достаточно малого диаметра. Хотя диаметр трубы при этом может быть больше критического, так называемого «гасящего диаметра» [69].
Для выяснения причин, затрудняющих получение однородного ламинарного процесса горения в трубе, закрытой с одной стороны, рассмотрим отрезок такой трубы, в закрытом конце которой, в интересующий нас момент времени, находится еще не сгоревшая смесь и пламя, распространяющееся от открытого конца к закрытому (рис.2.1).
Нетрудно заметить, что фронт пламени имеет сферическую форму, при этом он колеблется в поперечном сечении. Когда этот эксперимент проводился в трубах разного диаметра, было замечено, что при распространении пламени в трубах меньшего диаметра фронт также имел сферическую форму, но колебался меньше. Это явление можно объяснить тем, что расширяющиеся горящие газы занимают некоторый объём в плоскости фронта горения. Давление этих газов направлено в обе стороны, как в сторону закрытого, так и в сторону открытого конца. Но в направлении открытого конца (в направлении противоположном движению пламени) это давление практически не испытывает никакого сопротивления, а в направлении закрытого конца газы испытывают сопротивление следующего слоя горящих газов и под их действием
Таким образом, в плоскости фронта пламени действуют как бы две силы. Одна из них, не встречая сопротивления, свободно выводит расширяющиеся газы в открытый конец трубы, другая встречает сопротивление нагревающейся свежей смеси и меняет своё направление на обратное. Это и является причиной искривления фронта пламени. Если учесть, что скорость движения любого ламинарного потока у поверхности, его ограничивающей, всегда меньше, чем в центре, становится понятной сферичность фронта пламени (плоскость А). Если при этом поперечное сечение трубы будет значительно больше критического, т.е. значительно больше сечения, в котором пламя существовать не может, вершина фронта пламени сначала станет плоской, затем в ней появится провал и фронт пламени станет неустойчивым, что и приведет к турбулентному горению (плоскость Б).
Измерять динамическую температуру реакции в такой системе очень сложно. Чаще всего исследователи прибегают к установке в цилиндр нескольких термодатчиков и измеряют температуру хода реакции в каждой отдельной точке. Затем, сопоставляя результаты измерения в последовательно выбранных точках, получают результат в виде дискретной зависимости температуры реакции от времени при постоянной скорости [71].
Нами предложена другая модель устройства для измерения параметров реакции окисления углеводородов. Мы ее назвали квазистационарной моделью исследования динамических параметров окисления углеводородов в потоке воздуха. Сущность этой модели заключается в том, что процесс горения наблюдается всегда в одной и той же точке, в которой с одной стороны создаётся однородный ламинарный поток горючей смеси, а с другой - условия для самовоспламенения этой смеси и ее сгорания. При этом «наблюдатель» остается на месте, а весь ход реакции как бы «проходит» перед ним. Эта модель изображена на рис. 2.2.
Устройство для исследования первичных параметров окисления топлив. В однородном цилиндре (1), слева направо, создаётся однородный поток воздуха (6). Этот поток попадает в тепловое поле, создаваемое нагревателем (3), (например, спиралью, по которой течет электрический ток). Температура в цилиндре поддерживается автоматически. При этом теплоизоляция (2) обеспечивает такую инерционность температурного поля, при которой распределение температуры поля и величина температуры остаются неизменными в течение времени протекания исследуемой реакции.
В середину однородного теплового поля вводятся две термопары (4 и 5). Одна из них - инерционная, другая - безинерционная. При этом термопары аэродинамически должны быть выполнены так, чтобы их присутствие существенно не нарушало ламинарности потока воздуха. Безинерционная термопара позволяет отслеживать быстрые изменения температуры, сопутствующие протеканию реакции окисления углеводородов. Инерционная термопара реагирует только на медленные изменения температуры, которые соответствуют изменению потока тепла, поступающего от источника внешнего нагрева. Технически задача создания инерционной и безинерционной термопар решается подбором толщины проводов и диаметра «королька» (спая проводов). Такая конструкция удобна еще и потому, что позволяет увеличить чувствительность измерителя температуры путем соединения термопар по дифференциальной схеме [72].
Таким образом, физической моделью устройства для измерения параметров реакции окисления углеводородов в потоке воздуха может стать цилиндр, снабженный нагревателем, помещенным поверх цилиндра, внутрь которого введены одна или более термопар. Модель должна быть снабжена системой автоматического регулирования температуры по сигналу одной из термопар, устройством ввода воздушного потока и дозы углеводорода и устройством вывода продуктов, образующихся в результате окисления.
Экспериментальная оценка возможности определения детонационной стойкости по собственным параметрам окисления топлив
Встаёт вопрос: нельзя ли существующие методы определения детонационных характеристик топлив, основанные на сравнении детонационной стойкости моторных топлив с детонационной стойкостью первичных эталонов, представить как сравнение измерений некоторых параметров реакции окисления топлив?
Иными словами, нельзя ли возникновение детонации в цилиндре моторной установки связать не только с возникновением ударных волн, но и с какими-либо другими физическими параметрами, измеренными в той же моторной установке, т.е. в тех же условиях.
Каждому методу определения детонационной стойкости присуща своя частота вращения коленчатого вала двигателя. Эту частоту обычно связывают с режимом работы двигателя, но это, с другой стороны, и время, в которое укладывается цикл протекания реакции окисления топливовоздушной смеси. Нагрев охлаждающей двигатель жидкости, в основном, влияет на качество создаваемой топливовоздушной смеси, и если бы в моторной установке использовался инжекторный впрыск, вполне вероятно, что во всех трех методах использовалась бы одна и та же температура. Угол опережения зажигания - тоже не что иное, как временной параметр. Он определяет, в какой момент времени (в угловых единицах) следует подавать искру для воспламенения смеси. Видим, что скорость и температура горения реальных бензинов коррелируют со скоростью и температурой горения эталонных смесей только при определённых условиях (в условиях детонации), которые нужно смоделировать, изменяя режим работы двигателя. А в случае определения детонационной стойкости по температурному методу ещё необходимо установить точку совпадения температур, для того чтобы произвести коррекцию шкалы температур при смене топлив, на которых работает двигатель, - с эталонной топливной смеси на испытуемое топливо.
Такая интерпретация позволяет придти к выводу, что максимальная температура сгорания дозы топлива зависит от его детонационной стойкости, определённой с помощью моторной установки.
Получается, что различные топлива, имеющие одинаковое октановое число (независимо от состава топлив, применённых в них добавок и присадок), сгорающие в одинаковых условиях, выделят одинаковое количество тепла. И иначе, если одинаковые дозы топлив, сгорая в одинаковых условиях, выделили разное количество тепла, детонационная стойкость их не может быть одинаковой.
Экспериментальные исследования процесса горения всегда затруднялись рядом причин, главные из которых - его высокие скорости и температуры, многовекторность и неоднородность. Кроме того, исследования затрудняются рядом обстоятельств, таких как: сложность наблюдения (даже косвенного) за ходом процесса, сложность температурной стабилизации условий протекания процесса, практическая невозможность стабилизации давления в объёме реактора, где наблюдается процесс, и т.д.
В силу этих и ряда других причин большинство исследований процессов окисления углеводородов носят сугубо индивидуальный характер и не повторяются.
Все исследования сходятся в одном - для определения детонационных свойств топлив удобнее всего использовать сравнительный метод, при котором детонационная стойкость реальных топлив сравнивается с детонационной стойкостью смесей индивидуальных углеводородов.
Как было установлено ранее, имеется несколько параметров топлива, коррелирующих с его детонационной стойкостью, и искать их предполагалось в области холоднопламенного окисления топлива. Тому на практике есть две причины: первая - невысокая температура процессов, протекающих при холоднопламенном окислении топлив, вторая - сравнительно невысокая скорость изменения состояния процесса. В главе 2 была проанализирована возможность создания устройств, которые позволяли бы произвести необходимые измерения выбранных параметров в динамическом режиме. Было показано, что всем выше перечисленным требованиям исследования удовлетворит окисление углеводородов в потоке воздуха в цилиндрическом реакторе. Функциональная схема реактора представлена на рис.3.2.1.
В центральную область реактора введена термопара, позволяющая измерять текущее значение температуры реакции. Стабилизированный источник воздуха, испаритель-смеситель и микрошприц предназначены для создания топливовоздушнои смеси и ввода её в реактор с потоком воздуха или другого газа-носителя. При этом скорость потока воздуха выбирается постоянной, что позволяет сравнить длительности протекания реакций окисления различных углеводородов.
В реакторе, предварительно нагретом до температуры холоднопламен-ного окисления, создаётся ламинарный поток воздуха при нормальном атмосферном давлении. В этот поток с помощью инжектора и испарителя вводится доза исследуемого топлива. Топливовоздушная смесь проходит реактор со скоростью, определяемой воздушным потоком. После её прогрева до температуры самовоспламенения начинается реакция окисления.
Ход процесса окисления фиксируется как изменение температуры реакции во времени. Напряжение на выходе термопары, введённой в реактор, изменяется пропорционально выделяющейся в реакторе тепловой энергии.
Использование достаточно быстродействующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и компьютера позволяет фиксировать весь процесс окисления, запоминая его в реальном масштабе времени, с дальнейшим использованием как информации для анализа [90-93].
