Name: combustion chemistry of fuels: quantitative speciation data obtained from an atmospheric high-temperature flow reactor with coupled molecular-beam mass spectrometer
Uploaded: 2018-02-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 24 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectr

Kütle spektrometresi bölümü, yanma Teknik Üniversitesi, Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt (DLR) Stuttgart, Almanya'da deneyler yapılmıştır. Çalışma Ayrıca Helmholtz enerji-İttifak tarafından desteklenmiştir "Sentetik sıvı hidrokarbon", Merkezi-of-Excellence "Alternatif yakıtlar" DLR proje ve "Gelecek yakıtlar". Yazarlar Patrick Le Clercq ve Uwe Riedel jet yakıt verimli tartışmalar için teşekkür etmek istiyorum.

1. moleküler ışın Kütle Spektrometre (MBMS) ve akış reaktör sistemi kurulumu
<ol><li>Isı fırın için belirlenen ölçü serisi en yüksek sıcaklık başlangıç sıcaklığı, Özel Sigara İçilir. Jet Φ ile A-1 tipik koşulları için = 1, toplam oksidasyon 850 ° C (~ 1100 K) görülmektedir. Uygun başlangıç sıcaklıklar seçim incelenen yakıt ve stoichiometry (Φ) kimyasal niteliğine bağlıdır.</li>
	<li>Saat uçuş (TOF) Spektrometre ara tür algılama için hazırlayın. TOF Spektrometre için moleküler ışın hizalanır ve böylece değişken türünün güvenilir algılama sağlar. Not: Kitle çözünürlük C/H/Ç sisteminde temel kompozisyon belirlenmesi için uygundur. Parçalanma, seçti yumuşak iyonlaşma koşulları önlemek için. Değerleri genellikle 9.5-10,5 ev yanma ara ürün normal bir inceleme için uygun kanıtlanmıştır.</li>
	<li>Quadrupole Spektrometre büyük tür algılama için hazırlayın. Not: (arta kalan gaz analizörü, RGA olarak da bilinir) quadrupole Spektrometre iyonlaşma odası moleküler ışın yakın MBMS sisteminin içinde yer alıyor çünkü sadece arka plan duvar dağınık gazlar ölçülür. Büyük türler kararlı olduğundan, arka plan basınç de onların konsantrasyon örnekleme ucundaki yansıtır. Daha iyi sinyal-gürültü oranı için yüksek İyonlaşma enerjisi 70 ev bu durumda açmadı.</li>
</ol>2. yakıt örnek hazırlanması
<ol><li>Yakıt besleme için metal şırınga hazırla. Uyarı: Uygun kişisel koruyucu ekipman yakıt işleme için kullanın.<ol>
<li>Yakıt örnek için vaporizers metal şırınga 30 mL doldurulması.</li>
		<li>Yakıt besleme sistemi (metal şırınga) 5 bar kadar kapak açma rağmen sisteme basınçlı hava ekleyerek basınç.</li>
		<li>Havalandırma yakıt hatları ve yakıt hatlarının vanaları açarak Coriolis kütle akış ölçer.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Buharlaştırıcı ve gaz hatlarının kadar ısı. Verilen kurulum, sıcaklıklar çok altında normal basınç kaynama noktası yüksek seyreltme nedeniyle uygulanabilir. Buhar basıncı yüksek kaynar bahçedeki yakıt belirlenen sıcaklığında onun kısmi basınç gaz akışı daha yüksek olduğundan emin olun. Tipik olarak, 200 ° C Jet A-1 için yeterlidir.</li>
	<li>Sistem en soğuk yerde temperli giriş flanş fırın için olduğunu unutmayın. Emin olun bu noktada seyreltilmiş yakıt recondense olamaz. Tipik Jet A-1 (%99 seyreltme) ayarı için soğutma sistemi ile 80 ° C su yeterlidir.</li>
</ol>3. ölçü ve veri alma
<ol><li>Fırın örnekleme konuma yerleştirin. Örnekleme koni içinde fırın'ın seramik tüp yerleştirilmesi gerekir. Şimdiki zamanda deneme, örnekleme konumu Yaylası kayma sıcaklık profil fırın yakın değeridir. Not: Resim 1 resim koni ve reaktör gösterir. Isıtmalı reaktör (mavi) kuvars koni doğru raylar üzerinde taşınır.</li>
	<li>Coriolis kütle akış metre üzerinden gaz ekleyerek seçimi Dilüent başlatın. Not: Kitle akış ölçerler orijinal yazılım paketi tarafından kontrol edilir. Burada, kütle akış değerleri ayarlayabilirsiniz. Genellikle, % 99 argon kullanılır. Genel olarak, sıvı yakıtlar için seyreltici akışı olabilir Buharlaştırıcı ve oksitleyici gaz akışları için bir ek Coriolis kütle akış metre Cori akışı geçerken ısıtmalı hat 2 paralel kullanarak bölme ve doğrudan oksitleyici akışı Cori akışı 3 bağlı.</li>
	<li>Sürekli veri kayıt (TOF ve Quadrupole) belirlenen enstrümantal yazılım kullanarak başlatın. Not: Başlat-düğmesini tıklatın Quadrupole yazılım. Başlat TOF yazılım'ı tıklatın.<ol>
<li>Oksitleyici O2 Coriolis debimetre yazılım uygun akış durumunu ayarlayarak ekleyin. Gelen oksitleyici yeni uç aynı derecede Kütle spektrumunda gözlemlemek.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Yakıt Coriolis kütle akış metre uygun akış durumunu ayarlayarak ekleyin.<ol>
<li>Spectra denetleyin. Eğer tam oksidasyon yalın ve stokiometrik koşulları durumunda elde istikrarlı CO2 kitle sinyal gözlemlemek.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Sinyal yoğunluklarda için 4-5 ölçümleri istikrarlı, bir istikrar dönemi sona erer. Sabitleme sürenin sonra sürekli sıcaklık çürüme rampa genellikle -200 K/s fırın için geçerli değildir. Bu tipik ölçüm kez her ölçüm için koşmak 2 h yol açar.<ol>
<li>Rampa sırasında belirli fırın sıcaklığında kitle spectra ürününün hızlı bir değişim gözlemlemek. Sole yanma ürünleri (H2O, CO2 ve CO, H2 zengin durumlarda) kaybolmaya başlar ve küçük yanma ara ürün haline algılanabilir. Not: daha fazla sıcaklık azaltılarak, görünür ara ürün daha büyük ve daha büyük olur. Soğuk fırın sıcaklığında sadece sinyal yakıt bileşikler ve oksijen görülebilir; Hayır tepkiler reaktör mevcut ikamet süresi içinde yer alıyor.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ne zaman son sıcaklık stabilize (genellikle 500 ° C; 10 dk), oksitleyici geçiş.<ol>
<li>Kayıt ölçümler devam. Yakıt karakterizasyonu koşullar olmadan oksitleyici ölçülerde (parçalanma bileşimi) edinin.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Değeri 0'a ayarlayarak yakıt Coriolis kütle akış metre yazılımında kapatın. Veri hala kaydedilir; Bu spectra arka plan ölçüm için kullanın.</li>
	<li>Veri yazılım Durdur düğmesini tıklatarak kayıt durdurmak.</li>
</ol>4. Kalibrasyon ölçümleri
<ol><li>Kalibrasyon sorunlarında, örnekleme koni önünde kapalı bir odaya bağlayın. Not: Meme önünde el ile yerleştirilen bir tüp kapalı dolu bir yer.</li>
	<li>Açık kapak için pompa. Odası tahliye edildi.</li>
	<li>İkili karışımları (faiz ve Ar hidrokarbon) veya ticari kalibrasyon gazlar kalibrasyon için geçerli. Gösteri için burada bir özelleştirilmiş gaz karışımı CO ve CO2 ve argon kullanılır.</li>
	<li>Basınç kalibrasyon odasında bir iğneli Vana doygunluk sınırı altında ve üstünde sinyal-gürültü oranı sinyal yoğunluğu elde etmek için ayarlayın.</li>
	<li>Kalibrasyon ölçümleri veri 3.5 bireysel ölçüm için Başlat düğmesini TOF yazılım tarafından seslendirilen kayıt başlatarak başlatma.</li>
</ol>5. veri işleme
Not: Recoded spectra, kaydedilir ilgili Fırın Sıcaklık için eşleşmesi gereken.
<ol><li>Seçilen her tür için kaydedilen her sıcaklıkta ilgili sinyal--dan onun köstebek kesir hesaplayın. Köstebek kesir profilleri Fırın Sıcaklık (şekil 3) vs arsa.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Moore, R. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofuel+blending+reduces+particle+emissions+from+aircraft+engines+at+cruise+conditions.">Biofuel blending reduces particle emissions from aircraft engines at cruise conditions.</a> Nature. 543 (7645), 411-415 (2017).</li><li>Braun-Unkhoff, M., Kathrotia, T., Rauch, B., Riedel, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=About+the+interaction+between+composition+and+performance+of+alternative+jet+fuels.">About the interaction between composition and performance of alternative jet fuels.</a> CEAS Aeronautical Journal. 7 (1), 83-94 (2016).</li><li>Egolfopoulos, F. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+and+challenges+in+laminar+flame+experiments+and+implications+for+combustion+chemistry.">Advances and challenges in laminar flame experiments and implications for combustion chemistry.</a> Prog Energ Combust. 43, 36-67 (2014).</li><li>Lynch, P. T., Troy, T. P., Ahmed, M., Tranter, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+combustion+chemistry+in+a+miniature+shock+tube+with+synchrotron+VUV+photo+ionization+mass+spectrometry.">Probing combustion chemistry in a miniature shock tube with synchrotron VUV photo ionization mass spectrometry.</a> Anal Chem. 87 (4), 2345-2352 (2015).</li><li>Pelucchi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+experimental+and+kinetic+modeling+study+of+the+pyrolysis+and+oxidation+of+n-C3C5+aldehydes+in+shock+tubes.">An experimental and kinetic modeling study of the pyrolysis and oxidation of n-C3C5 aldehydes in shock tubes.</a> Combust. Flame. 162 (2), 265-286 (2015).</li><li>Hanson, R. K., Davidson, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+laser+absorption+and+shock+tube+methods+for+studies+of+combustion+chemistry.">Recent advances in laser absorption and shock tube methods for studies of combustion chemistry.</a> Prog Energ Combust. 44, 103-114 (2014).</li><li>Sung, C. -. J., Curran, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+rapid+compression+machines+for+chemical+kinetics+studies.">Using rapid compression machines for chemical kinetics studies.</a> Prog Energ Combust. 44, 1-18 (2014).</li><li>Kohse-H&#246;inghaus, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cover+Picture:+Biofuel+Combustion+Chemistry:+From+Ethanol+to+Biodiesel.">Cover Picture: Biofuel Combustion Chemistry: From Ethanol to Biodiesel.</a> Angw Chem Int Edit. 49 (21), 3545 (2010).</li><li>K&#246;hler, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=1-,+2-+and+3-Pentanol+combustion+in+laminar+hydrogen+flames+-+A+comparative+experimental+and+modeling+study.">1-, 2- and 3-Pentanol combustion in laminar hydrogen flames - A comparative experimental and modeling study.</a> Combust. Flame. 162 (9), 3197-3209 (2015).</li><li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Study+of+a+Fuel-Rich+Premixed+Toluene+Flame+at+Low+Pressure.">Experimental Study of a Fuel-Rich Premixed Toluene Flame at Low Pressure.</a> Energ Fuel. 23 (3), 1473-1485 (2009).</li><li>Yang, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+combustion+intermediates+in+isomeric+fuel-rich+premixed+butanol-oxygen+flames+at+low+pressure.">Identification of combustion intermediates in isomeric fuel-rich premixed butanol-oxygen flames at low pressure.</a> Combust. Flame. 148 (4), 198-209 (2007).</li><li>Reuter, C. B., Won, S. H., Ju, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flame+structure+and+ignition+limit+of+partially+premixed+cool+flames+in+a+counterflow+burner.">Flame structure and ignition limit of partially premixed cool flames in a counterflow burner.</a> P Combust Inst. 36 (1), 1513-1522 (2017).</li><li>Reuter, C. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+of+the+dynamics+and+structure+of+self-sustaining+premixed+cool+flames+using+a+counterflow+burner.">Experimental study of the dynamics and structure of self-sustaining premixed cool flames using a counterflow burner.</a> Combust. Flame. 166, 125-132 (2016).</li><li>Bufferand, H., Tosatto, L., La Mantia, B., Smooke, M. D., Gomez, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+computational+study+of+methane+counterflow+diffusion+flames+perturbed+by+trace+amounts+of+either+jet+fuel+or+a+6-component+surrogate+under+non-sooting+conditions.">Experimental and computational study of methane counterflow diffusion flames perturbed by trace amounts of either jet fuel or a 6-component surrogate under non-sooting conditions.</a> Combust. Flame. 156 (8), 1594-1603 (2009).</li><li>Lefkowitz, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+chemical+kinetic+study+of+tertiary-butanol+in+a+flow+reactor+and+a+counterflow+diffusion+flame.">A chemical kinetic study of tertiary-butanol in a flow reactor and a counterflow diffusion flame.</a> Combust. Flame. 159 (3), 968-978 (2012).</li><li>Dryer, F. L., Haas, F. M., Santner, J., Farouk, T. I., Chaos, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interpreting+chemical+kinetics+from+complex+reaction-advection-diffusion+systems:+Modeling+of+flow+reactors+and+related+experiments.">Interpreting chemical kinetics from complex reaction-advection-diffusion systems: Modeling of flow reactors and related experiments.</a> Prog Energ Combust. 44, 19-39 (2014).</li><li>Zhao, H., Yang, X., Ju, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetic+studies+of+ozone+assisted+low+temperature+oxidation+of+dimethyl+ether+in+a+flow+reactor+using+molecular-beam+mass+spectrometry.">Kinetic studies of ozone assisted low temperature oxidation of dimethyl ether in a flow reactor using molecular-beam mass spectrometry.</a> Combust. Flame. 173, 187-194 (2016).</li><li>O&#223;wald, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combustion+of+butanol+isomers+-+A+detailed+molecular+beam+mass+spectrometry+investigation+of+their+flame+chemistry.">Combustion of butanol isomers - A detailed molecular beam mass spectrometry investigation of their flame chemistry.</a> Combust. Flame. 158 (1), 2-15 (2011).</li><li>Herrmann, F., O&#223;wald, P., Kohse-H&#246;inghaus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+spectrometric+investigation+of+the+low-temperature+dimethyl+ether+oxidation+in+an+atmospheric+pressure+laminar+flow+reactor.">Mass spectrometric investigation of the low-temperature dimethyl ether oxidation in an atmospheric pressure laminar flow reactor.</a> P Combust Inst. 34 (1), 771-778 (2013).</li><li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+kinetic+modeling+study+of+tetralin+pyrolysis+at+low+pressure.">Experimental and kinetic modeling study of tetralin pyrolysis at low pressure.</a> P Combust Inst. 34 (1), 1739-1748 (2013).</li><li>O&#223;wald, P., K&#246;hler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+atmospheric+pressure+high-temperature+laminar+flow+reactor+for+investigation+of+combustion+and+related+gas+phase+reaction+systems.">An atmospheric pressure high-temperature laminar flow reactor for investigation of combustion and related gas phase reaction systems.</a> Rev Sci Instum. 86 (10), 105109 (2015).</li><li>O&#223;wald, P., Whitside, R., Sch&#228;ffer, J., K&#246;hler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+experimental+flow+reactor+study+of+the+combustion+kinetics+of+terpenoid+jet+fuel+compounds:+Farnesane,+p-menthane+and+p-cymene.">An experimental flow reactor study of the combustion kinetics of terpenoid jet fuel compounds: Farnesane, p-menthane and p-cymene.</a> Fuel. 187, 43-50 (2017).</li><li>Kathrotia, T., Naumann, C., O&#223;wald, P., K&#246;hler, M., Riedel, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+Ethylene+Glycol:+The+first+validated+reaction+scheme+and+first+measurements+of+ignition+delay+times+and+speciation+data.">Kinetics of Ethylene Glycol: The first validated reaction scheme and first measurements of ignition delay times and speciation data.</a> Combust. Flame. 179, 172-184 (2017).</li><li>Hansen, N., Cool, T. A., Westmoreland, P. R., Kohse-H&#246;inghaus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+contributions+of+flame-sampling+molecular-beam+mass+spectrometry+to+a+fundamental+understanding+of+combustion+chemistry.">Recent contributions of flame-sampling molecular-beam mass spectrometry to a fundamental understanding of combustion chemistry.</a> Prog Energ Combust. 35 (2), 168-191 (2009).</li><li>Qi, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combustion+chemistry+probed+by+synchrotron+VUV+photoionization+mass+spectrometry.">Combustion chemistry probed by synchrotron VUV photoionization mass spectrometry.</a> P Combust Inst. 34 (1), 33-63 (2013).</li><li>Biordi, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+beam+mass+spectrometry+for+studying+the+fundamental+chemistry+of+flames.">Molecular beam mass spectrometry for studying the fundamental chemistry of flames.</a> Prog Energ Combust. 3 (3), 151-173 (1977).</li><li>K&#246;hler, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Speciation+data+for+fuel-rich+methane+oxy-combustion+and+reforming+under+prototypical+partial+oxidation+conditions.">Speciation data for fuel-rich methane oxy-combustion and reforming under prototypical partial oxidation conditions.</a> Chem Eng Sci. 139, 249-260 (2016).</li><li>O&#223;wald, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+flame+chemistry+tracing+by+imaging+photoelectron+photoion+coincidence+spectroscopy.">In situ flame chemistry tracing by imaging photoelectron photoion coincidence spectroscopy.</a> Rev Sci Instum. 85 (2), 025101 (2014).</li><li>O&#223;wald, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combustion+Chemistry+of+the+Butane+Isomers+in+Premixed+Low-Pressure+Flames.">Combustion Chemistry of the Butane Isomers in Premixed Low-Pressure Flames.</a> Zeitschrift f&#252;r Physikalische Chemie. 225, 1029 (2011).</li><li>Schenk, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detailed+mass+spectrometric+and+modeling+study+of+isomeric+butene+flames.">Detailed mass spectrometric and modeling study of isomeric butene flames.</a> Combust. Flame. 160 (3), 487-503 (2013).</li><li>Li, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+benzene-formation+paths+in+a+fuel-rich+cyclohexane+flame.">Multiple benzene-formation paths in a fuel-rich cyclohexane flame.</a> Combust. Flame. 158 (11), 2077-2089 (2011).</li><li>Bierkandt, T., Hemberger, P., Osswald, P., Kohler, M., Kasper, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insights+in+m-xylene+decomposition+under+fuel-rich+conditions+by+imaging+photoelectron+photoion+coincidence+spectroscopy.">Insights in m-xylene decomposition under fuel-rich conditions by imaging photoelectron photoion coincidence spectroscopy.</a> P Combust Inst. 36 (1), 1223-1232 (2017).</li><li>Taatjes, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enols+Are+Common+Intermediates+in+Hydrocarbon+Oxidation.">Enols Are Common Intermediates in Hydrocarbon Oxidation.</a> Science. 308 (5730), 1887-1889 (2005).</li><li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+experimental+study+of+the+rich+premixed+ethylbenzene+flame+at+low+pressure.">An experimental study of the rich premixed ethylbenzene flame at low pressure.</a> P Combust Inst. 32 (1), 647-655 (2009).</li><li>Yuan, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comprehensive+experimental+and+kinetic+modeling+study+of+ethylbenzene+combustion.">A comprehensive experimental and kinetic modeling study of ethylbenzene combustion.</a> Combust. Flame. 166, 255-265 (2016).</li><li>Hansen, N., Skeen, S. A., Michelsen, H. A., Wilson, K. R., Kohse-Hoinghaus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flame+experiments+at+the+advanced+light+source:+new+insights+into+soot+formation+processes.">Flame experiments at the advanced light source: new insights into soot formation processes.</a> J Vis Exp. (87), e51369 (2014).</li><li>Qi, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isomeric+identification+of+polycyclic+aromatic+hydrocarbons+formed+in+combustion+with+tunable+vacuum+ultraviolet+photoionization.">Isomeric identification of polycyclic aromatic hydrocarbons formed in combustion with tunable vacuum ultraviolet photoionization.</a> Rev Sci Instum. 77 (8), 084101 (2006).</li><li>Hansen, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=2D-imaging+of+sampling-probe+perturbations+in+laminar+premixed+flames+using+Kr+X-ray+fluorescence.">2D-imaging of sampling-probe perturbations in laminar premixed flames using Kr X-ray fluorescence.</a> Combust. Flame. 181, 214-224 (2017).</li></ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Bir atmosferik yüksek sıcaklık akışı reaktör ışın moleküler kütle spektrometresi algılama sistemi sağlar nicel Türleşme verisi çalışma koşulları bir dizi için sunulan birleşimi. Çeşitli çalışmalar21,22,23,27 zengin metan ilgili koşulları için kısmi oksidasyon olayları itibaren deneme esnekliğini gösterdi (φ = 2,5), soruşturma için modern jet yakıt bileşik...

Modern sonrasında yanma süreçleri anlamak, düşük emisyonlu yakıtlar yenilenebilir kaynaklardan gelen bugünün toplumları ekolojik ve ekonomik konular için bir meydan okuma olduğunu. Onlar bizim fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltmak, CO2 emisyonu ofset ve zararlı kirletici emisyonlarının kurum ve onun zehirli Kara filmin tarih öncesi1gibi üzerinde olumlu bir etkiye sahip potansiyeline sahip. Bu hızlı büyüyen alan modern combustor sistemlerinde onların kullanımı ile birleştirerek, isteğe bağlı yönetim kimyasal ve fiziksel süreçlerin temel bir anlayış olarak2önemli ölçüde artmıştır. Bugün bile, radikal zincir reaksiyonları sonucu karmaşık kimyasal reaksiyon ağlar hala tam anlaşılır. Çözümlemek veya bile kirletici oluşumu veya (otomatik) ateşleme işlemleri gibi olayları denetlemek için kimyasal reaksiyon ağların ayrıntılı bilgi bulmaca3çok önemli bir parçasıdır.
Araştırmak ve bu kimyasal reaksiyon ağları anlamak için sayısal ve deneysel yaklaşımlar zorunludur. Deneysel, yanma kimya genellikle özel sorular hedeflemek için Basitleştirilmiş ve iyi kontrollü akış ortamları ile deneyler uygulayarak incelenmiştir. Yüksek karmaşıklık ve bireysel alt süreçleri dinamikleri teknik combustors koşullarının tam üreme belirlenen temel özellikleri sıcaklık, basınç, ısı gibi izlenmesine izin verirken temel deneyler tarafından önlemek açıklaması, ya da kimyasal türler. Erken doğum, farklı deneysel yaklaşımlar ihtiyacını her sorularınıza mücadele ve sonraki yanma kimya genel olarak küresel resme katkıda bilgi sağlayarak, belirginleşti. Koşullar tam dizi kapak ve çeşitli yaklaşımlar teknik sistemlerinde meydana gelen karmaşık koşulları tanımlamak için bu sonraki bilgi setleri toplamak için başarılı bir şekilde geliştirilmiştir. İyi kurulmuş teknikler şunlardır:
<ul><li>Şok tüpleri4,5,6 ve hızlı sıkıştırma makineleri7. Bu aygıtlar üzerinde geniş bir basınç ve sıcaklık yüksek denetim sağlar. Ancak, erişilebilir reaksiyon zamanı ve uygun analitik teknikler sınırlıdır.</li>
	<li>Laminer premix alevler3,8,9,10,11 basit akış alanıyla birlikte yüksek sıcaklık koşulları elde etmek idealdir. Bu yana artan basınç ile reaksiyon bölgenin mekansal boyutu azalır, premix alevler alçak basınç koşulları Türleşme amaçlar için genellikle incelenmiştir.</li>
	<li>Kanatlı Difüzyon alevler12,13,14,15 çalkantılı yanma flamelet rejiminde soruşturma için ideal. Zorlanma nedeniyle inhomogeneities bir gerçek türbülanslı akış içinde taklit ama yine, son derece analitik Türleşme teknikleri ile sınırlı olup.</li>
	<li>Çeşitli reaktör deneyler16,17,18 (statik, karıştırılmış ve Tak-akış) erişim ortamları, sıcaklıklar genellikle daha düşük olmakla birlikte yüksek basınçlı ortamlar alev karşılaştırıldığında sağlamak. Yaygın bir yaklaşım vardır:<ul>
<li>Statik reaktörler örneğin nabız photolysis deneyler için yaygın olarak kullanılır, ancak genel olarak uzun ikamet süreleri ve düşük sıcaklıklarda tarafından sınırlı.</li>
		<li>Jet karıştırılır reaktörler, tamamen çalkalanmış reaktör (PSR), Yani gaz sürümü verimli gaz aşaması karıştırma üzerinde itimat ve kararlı duruma sürekli ikamet süresi, sıcaklık ve basınç, modeli kolaylaştırır, işletilmektedir. Ancak, moleküller sıcak yüzeyler için göç ve türdeş olmayan tepkiler geçmesi için zaman var.</li>
		<li>Çok sayıda akış reaktör yaklaşımlar, Tak akış reaktör (PFR) ile sürekli, akan sistemleri silindirik geometri vücudunda kimyasal reaksiyonlar tanımlamak için en popüler yaklaşımlar biri olarak bilinir. Kararlı duruma koşulları fiş sabit kalma süresi ile konumunu için ideal PFRs bir fonksiyonu olarak kabul edilir akışı takın.</li>
	</ul>
</li>
</ul>Bu değerli teknikleri deneysel yanma Kinetik alanında tamamlayıcı, yüksek sıcaklık laminar akış reaktör deneme izleme için moleküler ışın kütle spektrometresi (MBMS) tekniği istihdam19,20 tür geliştirme ayrıntılı21,22 burada sunulmaktadır. Laminar akış koşulları, atmosferik basınç ve erişilebilir sıcaklıklar 1.800 K çalışma akış reaktör temel özellikleri hemen hemen tüm kimyasal türler içinde yanma mevcut tespiti hassas MBMS tekniği sağlar iken işlem. Bu büyük ölçüde reaktif türler değildir radikaller gibi içerir veya çok az diğer algılama yöntemleri ile izlenebilir. MBMS tekniği geleneksel ve modern alternatif yakıtlar, alkoller veya eterler23,24,25 gibi alevleri ağlarda tepki detaylı incelenmesi için yaygın olarak kullanılan ve olmak göstermiştir modern Kinetik modeli geliştirme için büyük bir değer.
Yüksek sıcaklık akışı reaktör şematik örnekleme probu (A) Yakınlaştırılmış bir çerçeve ile şekil 1 gösterir ve iki resim genel deneme (B) ve sonda vurgulayarak (C) Kurulum. Sistem iki segmentlerinde ayrılabilir: ilk, yüksek sıcaklık akışı reaktör gaz malzemeleri ve Buharlaştırıcı sistemi ve ikinci, MBMS uçuş zamanı algılama sistemi. Operasyonda, akış tüp çıkışında doğrudan MBMS sistem örnekleme meme için monte edilmiştir. Gaz reaktör prizinden örneklenmiş ve yüksek vakum algılama sistemine transfer. Burada, iyonlaşma elektron iyonlaşma sonraki uçuş zamanı algılama ile gerçekleştirilir.
Reaktör bir 40 mm iç çap seramik (Al2O3) boru 1,497 mm uzunlukta (örneğin, Gero, türü HTRH 40-1000) yüksek sıcaklıkta fırına yerleştirilir vardır. Toplam ısıtmalı bölüm uzunluğu 1000 mm boyundadır. Gazlar premix ve reaktörün içine önceden buharlaşmış temperli flanş (genellikle ~ 80 ° C'ye temperli) tarafından beslenir. Yüksek oranda seyreltilmiş (ca. 99 vol % Ar), Laminer akan kontrollerimiz karışımı geçer (sıcaklık karakterizasyonu hakkında ayrıntılı bilgi verilecek aşağıda) bilinen sıcaklık profilinden. Gaz kompozisyon tespiti reaktör çıkış fırın sıcaklığı bir fonksiyonu olarak gerçekleşir. Tekdüze azalan bir sıcaklık rampa (-200 K/s) farklı sıcaklıklarda, ölçülür yükleyen benzer sonuçlar alınabilir 1.800 K-600 K. Not aralığı fırında uygulanırken ölçümleri sürekli giriş kütle akış gerçekleştirilir izotermal Fırın Sıcaklık ve Termal atalet düzgün kabul. Termal görüntü sabitleme sisteminin hala biraz zaman alır ve sıcaklık rampa (önemsiz) küçük sıcaklık artışı için zaman ve seri başına toplam ölçüm süresi ortalama bir uzlaşma olarak seçilir. Ortalama saat (45 s) MBMS için 2,5 K. karşılık gelir. Saat 2 elde edilen ikamet süreleri belirli koşullar için (1000 K), s. Son olarak, sıcaklık tekrarlanabilirlik nedeniyle mevcut reaktör deneme için bir akraba ±5 K ölçülen sıcaklıklar hassas veya daha iyi ifade edilebilir.
Şekil 2 bile karmaşık hidrokarbon karışımları gibi teknik jet yakıt araştırmak için optimize edilmiş vaporizing sisteminin şematik gösterir. Tüm giriş akışı yüksek hassasiyetli (doğruluk ±0.5%) Coriolis kütle akış metre ölçülü. Buharlaşma yakıt sıcaklıklarda ticari Buharlaştırıcı sistemi tarafından fark ilâ 200 ° C. Önceden buharlaşmış yakıt ile bütün ikmal hatları ile genellikle 150 ° aynı anda termal bozulması kaçınırken yoğunlaşma sıvı yakıtların önlemek için C sıcaklığa ısıtılmış. Tam ve dengeli buharlaşma düzenli olarak denetlenir ve ilgili yakıtların normal kaynama noktası altındaki sıcaklıklarda bile ortaya çıkabilir. Tam buharlaşma sağlamıştır küçük yakıt kesir ve düşük kısmi basınç tarafından (genellikle 100 aşağıda Pa) gerekli.
Gazlar tarafından ortam baskılar (yaklaşık 960 hPa) reaktör çıkışında Merkez kuvars Koni'de şekil 1Yakınlaştırılmış çerçevesinde daha ayrıntılı olarak görüldüğü gibi örnek. Meme ucu kabaca 30 mm reaksiyon bölgenin sonunda seramik tüp içinde bulunduğu 50 mikron delik vardır. Unutmayın, örnekleme konumu ile ilgili olarak giriş sabittir. Isı fırın tube genişlemesi sadece mekanik bir reaksiyon kesimin sıcaklık bağımsız uzunluğu kaynaklanan örnekleme sistemine bağlı değil çıkış gerçekleşir. Bütün tepkiler gazlar yüksek vakum (iki farklı pompa aşamaları; 10-2 ve 10-4 Pa)25,26genişletildiğinde, moleküler bir ışın oluşumu nedeniyle hemen su. Örnek bir elektron etkisi (EI) saat uçuş (TOF) Kütle Spektrometre İyon kaynağı yönlendirilir (kitle çözünürlük R = 3000) içinde bir C/H elemental kompozisyonu belirlemek için uygun duyarlık mevcut türlerin tam kitle belirleme yeteneğine sahip /O sistem. Elektron enerji düşük değerlere (genellikle 9.5-10,5 eV) parçalanma iyonlaşma süreci nedeniyle en aza indirmek için ayarlanır. Eritici ve başvuru türler argon hala iyonlaşma elektronlar (1.4 eV FWHM) geniş enerji dağıtım nedeniyle tespit olduğunu unutmayın. AR düşük elektron enerji büyük türler (H2O, CO2, CO, H2O2ve yakıt) yeterli belirlenmesi için izin vermez iyi S/N, ile ölçülebilir iken önemli düşük konsantrasyonlarda olan profilleri, mevcut .
Tarafından TOF algılama ek olarak, bir kalıntı gaz analizörü (RGA), Yani quadrupole Kütle Spektrometre iyonlaşma odası yukarıda altı tür aynı anda MBMS-TOF ölçümleri için yüksek bir elektron enerji (70 eV) ile izlemek için yerleştirilir.

<table><tbody><tr><td>Time-Of-Flight MBMS</td><td>Kaesdorf</td><td>n.a.</td><td>custom design</td></tr><tr><td>Molecular Beam Samling Interface</td><td>self made</td><td>n.a.</td><td>custom design</td></tr><tr><td>Laminar Flow Reactor</td><td>Gero</td><td>Type HTRH 40-1000</td><td>custom design</td></tr><tr><td>Quadrupole MS</td><td>Hiden</td><td>HAL/3F 301</td><td>adapted to ionization chamber</td></tr><tr><td>Vaporizer</td><td>Bronkhorst</td><td>CEM</td><td>Vaporizer</td></tr><tr><td>Mass Flow Meter</td><td>Bronkhorst</td><td>Mini Cori-Flow M12, M13, M14</td><td>Flow Controller</td></tr><tr><td>Jet A-1</td><td>n.a.</td><td>n.a.</td><td>Standard Jet fuel of interest</td></tr><tr><td>Metal syringe</td><td>Hugo Sachs</td><td>70-2252</td><td>Fuel Supply</td></tr><tr><td>Heating Hoses</td><td>Hillesheim</td><td>HMI series</td><td>Gas Preheating</td></tr><tr><td>Gas</td><td>Linde</td><td>Ar, O2</td><td>Diluent, Oxidizer</td></tr></tbody></table>

combustion chemistry of fuels: quantitative speciation data obtained from an atmospheric high-temperature flow reactor with coupled molecular-beam mass spectrometer

Bu el yazması güçlü moleküler ışın kütle spektrometresi (MBMS) tekniği için birleştiğinde bir yüksek sıcaklık akışı reaktör deney açıklar. Bu esnek bir araç iyi kontrollü şartlar altında tepki akar kimyasal gaz fazlı Kinetik detaylı bir gözlem sunar. Çalışma koşulları bir laminar akış reaktörde mevcut çok çeşitli genellikle alev deneyler tarafından ulaşılabilir değildir olağanüstü yanma uygulamalara erişim sağlar. Bunlar, gazlaştırma işlemleri, düşük sıcaklık oksidasyon rejim veya soruşturma karmaşık teknik yakıtların yöneten peroxy kimya yüksek sıcaklıklarda ilgili zengin koşulları içerir. Sunulan Kur ölçümleri tepki Kimya sistematik bir genel anlayış etkinleştirme sırasında yanma, gazlaştırma ve pyrolysis süreçlerin, reaksiyon modeli doğrulama için nicel Türleşme veri sağlar. Doğrulama, Kinetik tepki modelleri genellikle saf bileşikler yanma süreçleri inceleyerek gerçekleştirilir. Akış reaktör fenomenolojik meydana gelen yanma intermediates kurum öncüleri veya kirleticiler gibi çözümlenmesi için izin vermek için teknik yakıtlar (örneğin çok bileşenli karışımları gibi Jet A-1) için uygun olarak geliştirilmiştir. Deneysel tasarım tarafından sağlanan kontrollü ve karşılaştırılabilir sınır koşulları kirletici oluşumu eğilimler tahminlerin için izin verir. Soğuk Reaktanları premix son derece (Ar yaklaşık 99 vol %) olarak kendi kendini idame ettiren Yanma reaksiyonları bastırmak için seyreltilmiş reaktör içine beslenir. Gaz bileşimi reaktörler egzoz fırın sıcaklığı bir fonksiyonu olarak belirlenir iken Laminer akan kontrollerimiz karışımı bilinen sıcaklık alanı geçer. Akış reaktör kadar 1.800 K., atmosferik basınç sıcaklıklarda işletilmektedir Ölçümler kendilerini sıcaklık tekdüze-200 K/h oranında azaltılarak gerçekleştirilir. Hassas MBMS tekniği ile detaylı Türleşme veri elde ve reaktif sürecinde radikal türler de dahil olmak üzere hemen hemen tüm kimyasal türler için sayılabilir.

Örneklenen gaz kompozisyon tipik bir kitle spektrum şekil 3' te gösterilmiştir. Yaklaşık 3000, m/z kadar tür kitle çözünürlüğe verilen kurulumunda = 260 sen C/H/Ç sisteminde tespit. Bir kitle kalibrasyon prosedürü sonra doruklarına altında çözülmüş sinyal değerlendirmek için deconvolution algoritmaları ile her kitle-ücretsiz (m/z) oranı için entegre edilmiştir. Arka plan ve parçalanma düzeltmeden sonra sinyal bilinen concertati...

Watch this Scientific Journal Video about Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectr

Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectrometer

Yakıtların yanma kimya: bir atmosferik yüksek sıcaklık akışı reaktör ile elde edilen nicel Türleşme veri birleştiğinde ışın moleküler Kütle Spektrometre

Bir soruşturma oksidatif yanma kimya roman biyoyakıt, yakıt bileşenleri veya jet yakıtları tarafından sunulan verilerin nicel Türleşme karşılaştırılması. Veri Kinetik modeli doğrulama için kullanılan ve yakıt değerlendirme stratejileri sağlar. Bu el yazması atmosferik yüksek sıcaklık akışı reaktör açıklar ve yeteneklerini gösterir.

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This ...

combustion-chemistry-fuels-quantitative-speciation-data-obtained-from

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Chemistry

10.0K Görüntüleme.  German Aerospace Center (DLR). Bir soruşturma oksidatif yanma kimya roman biyoyakıt, yakıt bileşenleri veya jet yakıtları tarafından sunulan verilerin nicel Türleşme karşılaştırılması. Veri Kinetik modeli doğrulama için kullanılan ve yakıt değerlendirme stratejileri sağlar. Bu el yazması atmosferik yüksek sıcaklık akışı reaktör açıklar ve yeteneklerini gösterir.

Video: Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectrometer

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics Beamline of the Advanced Light Source (ALS) of the Lawrence Berkeley National Laboratory1-4. This video demonstrates how the complex chemical structures of laboratory-based model flames are analyzed using flame-sampling mass spectrometry with tunable synchrotron-generated vacuum-ultraviolet (VUV) radiation. This experimental approach combines isomer-resolving capabilities with high sensitivity and a large dynamic range5,6. The first part of the video describes experiments involving burner-stabilized, reduced-pressure (20-80 mbar) laminar premixed flames. A small hydrocarbon fuel was used for the selected flame to demonstrate the general experimental approach. It is shown how species&#8217; profiles are acquired as a function of distance from the burner surface and how the tunability of the VUV photon energy is used advantageously to identify many combustion intermediates based on their ionization energies. For example, this technique has been used to study gas-phase aspects of the soot-formation processes, and the video shows how the resonance-stabilized radicals, such as C3H3, C3H5, and i-C4H5, are identified as important intermediates7. The work has been focused on soot formation processes, and, from the chemical point of view, this process is very intriguing because chemical structures containing millions of carbon atoms are assembled from a fuel molecule possessing only a few carbon atoms in just milliseconds. The second part of the video highlights a new experiment, in which an opposed-flow diffusion flame and synchrotron-based aerosol mass spectrometry are used to study the chemical composition of the combustion-generated soot particles4. The experimental results indicate that the widely accepted H-abstraction-C2H2-addition (HACA) mechanism is not the sole molecular growth process responsible for the formation of the observed large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Gas sampling from laboratory-scale flames with online analysis of all species by mass spectrometry is a powerful method to investigate the complex mixture of chemical compounds occurring during combustion processes. Coupled with tunable soft ionization via synchrotron-generated vacuum-ultraviolet radiation, this technique provides isomer-resolved information and potentially fragment-free mass spectra.

İleri Işık Source Alev Deneyler: İs Oluşumu Süreçlerinin içine Yeni Trendleri

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Mühendislik

Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the balls. Among other applications, it is a versatile technique that allows for effective preparation of gasless reactive nanostructured materials with high energy density per volume (Ni+Al, Ta+C, Ti+C). The structural transformations of reactive media, which take place during HEBM, define the reaction mechanism in the produced energetic&#160;composites. Varying the processing conditions permits fine tuning of the milling-induced microstructures of the fabricated composite particles. In turn, the reactivity, i.e., self-ignition temperature, ignition delay time, as well as reaction kinetics, of high energy density materials depends on its microstructure. Analysis of the milling-induced microstructures suggests that the formation of fresh oxygen-free intimate high surface area contacts between the reagents is responsible for the enhancement of their reactivity. This manifests itself in a reduction of ignition temperature and delay time, an increased rate of chemical reaction, and an overall decrease of the effective activation energy of the reaction. The protocol provides a detailed description for the preparation of reactive nanocomposites with tailored microstructure using short-term HEBM method. It also describes a high-speed thermal imaging technique to determine the ignition/combustion characteristics of the energetic materials. The protocol can be adapted to preparation and characterization of a variety of nanostructured energetic composites.

This protocol describes the preparation of gasless nanostructured energetic materials (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) using the short-term high-energy ball milling (HEBM) technique. It also describes a high-speed thermal imaging method to study the reactivity of mechanically fabricated nanocomposites. These protocols can be extended to other reactive nanostructured energetic materials.

Hazırlık ve Gazsız nanoyapılı reaktivitesi Enerjik Malzemeler

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in a Flow Tube Reactor

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the production of synthetic PM for laboratory studies have become a widespread necessity. Herein, experimental protocols demonstrate approaches to produce aerosolized organic PM by &#945;-pinene ozonolysis in a flow tube reactor. Methods are described for measuring the size distributions and morphology of the aerosol particles. The video demonstrates basic operations of the flow tube reactor and related instrumentation. The first part of the video shows the procedure for preparing gas-phase reactants, ozonolysis, and production of organic PM. The second part of the video shows the procedures for determining the properties of the produced particle population. The particle number-diameter distributions show different stages of particle growth, namely condensation, coagulation, or a combination of both, depending on reaction conditions. The particle morphology is characterized by an aerosol particle mass analyzer (APM) and a scanning electron microscope (SEM). The results confirm the existence of non-spherical particles that have grown from coagulation for specific reaction conditions. The experimental results also indicate that the flow tube reactor can be used to study the physical and chemical properties of organic PM for relatively high concentrations and short time frames.

This paper describes the operation procedure for the flow tube reactor and related data collection. It shows the protocols for setting the experiments, recording data and generating the number-diameter distribution as well as the particle mass information, which gives useful information about chemical and physical properties of the organic aerosols.

Üretim ve akış tüp reaktör organik partikül madde ölçümü

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the ...

Çevre

Original Experimental Approach for Assessing Transport Fuel Stability

The study of fuel oxidation stability is an important issue for the development of future fuels. Diesel and kerosene fuel systems have undergone several technological changes to fulfill environmental and economic requirements. These developments have resulted in increasingly severe operating conditions whose suitability for conventional and alternative fuels needs to be addressed. For example, fatty acid methyl esters (FAMEs) introduced as biodiesel are more prone to oxidation and may lead to deposit formation. Although several methods exist to evaluate fuel stability (induction period, peroxides, acids, and insolubles), no technique allows one to monitor the real-time oxidation mechanism and to measure the formation of oxidation intermediates that may lead to deposit formation. In this article, we developed an advanced oxidation procedure (AOP) based on two existing reactors. This procedure allows the simulation of different oxidation conditions and the monitoring of the oxidation progress by the means of macroscopic parameters, such as total acid number (TAN) and advanced analytical methods like gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) and Fourier Transform Infrared - Attenuated Total Reflection (FTIR-ATR). We successfully applied AOP to gain an in-depth understanding of the oxidation kinetics of a model molecule (methyl oleate) and commercial diesel and biodiesel fuels. These developments represent a key strategy for fuel quality monitoring during logistics and on-board utilization.

Oxidation stability of transport fuels has become a concern for future fuel development. This work presents an original methodology developed by IFP Energies Nouvelles for assessing fuel stability using two different reactors. This methodology was successfully applied to gain an in-depth understanding of the oxidation kinetics and pathways of model molecules and commercial fuels.

Ulaşım Yakıt İstikrar Değerlendirme Orijinal Deneysel Yaklaşım

The study of fuel oxidation stability is an important issue for the development of future fuels. Diesel and kerosene fuel systems have undergone several ...

Kimya

Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex interactions occurring at the interface between gas-phase flames and condensed-phase fuels. The current research provides a technique to explore the dynamic relationship between a combustible condensed fuel surface and gas-phase flames in laminar boundary layers. Experiments have previously been conducted in both forced and free convective environments over both solid and liquid fuels. A unique methodology, based on the Reynolds Analogy, was used to estimate local mass burning rates and flame heat fluxes for these laminar boundary layer diffusion flames utilizing local temperature gradients at the fuel surface. Local mass burning rates and convective and radiative heat feedback from the flames were measured in both the pyrolysis and plume regions by using temperature gradients mapped near the wall by a two-axis traverse system. These experiments are time-consuming and can be challenging to design as the condensed fuel surface burns steadily for only a limited period of time following ignition. The temperature profiles near the fuel surface need to be mapped during steady burning of a condensed fuel surface at a very high spatial resolution in order to capture reasonable estimates of local temperature gradients. Careful corrections for radiative heat losses from the thermocouples are also essential for accurate measurements. For these reasons, the whole experimental setup needs to be automated with a computer-controlled traverse mechanism, eliminating most errors due to positioning of a micro-thermocouple. An outline of steps to reproducibly capture near-wall temperature gradients and use them to assess local burning rates and heat fluxes is provided.

We describe the use of micro-thermocouples to estimate local temperature gradients in steady laminar boundary layer diffusion flames. By extension of the Reynolds Analogy, local temperature gradients can be further used to estimate the local mass burning rates and heat fluxes in such flames with high accuracy.

Sabit Laminer Sınır Tabaka Difüzyon Flames Yerel Isı eriticiler ve Yazma Oranları Tahmini Deneysel Metodoloji

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex ...

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose of efficiently driving non-equilibrium chemistry is discussed. The advantage of a flowing plasma reactor is that continuous chemical processes can be driven with the flexibility of startup times in the seconds timescale. The plasma approach is generically suitable for conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. Here the reduction of CO2 to CO is used as a model system: the complementary diagnostics illustrate how a baseline thermodynamic equilibrium conversion can be exceeded by the intrinsic non-equilibrium from high vibrational excitation. Laser (Rayleigh) scattering is used to measure the reactor temperature and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to characterize in situ internal (vibrational) excitation as well as the effluent composition to monitor conversion and selectivity.

This article describes a flowing microwave reactor that is used to drive efficient non-equilibrium chemistry for the application of conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. The goal of the procedure described here is to measure the in situ gas temperature and gas conversion.

Verimli Yüksek Sıcaklık Kimyası İçin Denge Dışı Mikrodalga Plazma

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

Combustion Characterization and Model Fuel Development for Micro-tubular Flame-assisted Fuel Cells

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power generation and micro combustion as well as development in fuel cell research has created new means of power generation that combine solid oxide fuel cells with open flames and combustion exhaust. Instead of relying upon the heat of combustion, these solid oxide fuel cell systems rely on reforming of the fuel via combustion to generate syngas for electrochemical power generation. Procedures were developed to assess the combustion by-products under a wide range of conditions. While theoretical and computational procedures have been developed for assessing fuel-rich combustion exhaust in these applications, experimental techniques have also emerged. The experimental procedures often rely upon a gas chromatograph or mass spectrometer analysis of the flame and exhaust to assess the combustion process as a fuel reformer and means of heat generation. The experimental techniques developed in these areas have been applied anew for the development of the micro-tubular flame-assisted fuel cell. The protocol discussed in this work builds on past techniques to specify a procedure for characterizing fuel-rich combustion exhaust and developing a model fuel-rich combustion exhaust for use in flame-assisted fuel cell testing. The development of the procedure and its applications and limitations are discussed.

A protocol for creating a model fuel-rich combustion exhaust is developed through combustion characterization and is applied for micro-tubular flame-assisted fuel cell testing and research.

yanma Karakterizasyonu ve Model Yakıt Kalkınma Micro-tübüler Alev destekli Yakıt Hücreleri

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power ...

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated species. The synthesis approach inhibits the topochemical effect promoting rapid hydration when exposed to the relative humidity of ambient air. This stable, amorphous, nano-particle material was analyzed using differential scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis (TGA) and showed an exothermic energy release at low temperature (i.e., 180 &#176;C) for the transformation of I4O9 into I2O5. This additional exothermic energy release contributes to an increase in overall reactivity of I4O9 when dry mixed with nano-aluminum (Al) powder, resulting in a minimum of 150% increase in flame speed compared to Al + I2O5. This study shows that as an oxidizer, I4O9 has more reactive potential than other forms of iodine(V) oxide when combined with Al, especially if I4O9 can be passivated to inhibit absorption of water from its surrounding environment.

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

A protocol for measuring flame speeds of a reactive mixture composed of tetraiodine nonoxide (I4O9) and aluminum (Al) is presented. A method for resolving reaction kinetics using differential scanning calorimetry (DSC) is also presented. It was found that I4O9 is 150% more reactive than other iodine(V) oxides.

Reaksiyon Kinetiği ve I Yanma Dinamikleri<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; Ve Alüminyum Karışımları

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated ...

Improving the Combustion Performance of a Hybrid Rocket Engine using a Novel Fuel Grain with a Nested Helical Structure

A technique to improve the combustion performance of a hybrid rocket engine using a novel fuel grain structure is presented. This technique utilizes the different regression rates of acrylonitrile butadiene styrene and paraffin-based fuels, which increase the exchanges of both matter and energy by swirl flow and recirculation zones formed at the grooves between the adjacent vanes. The centrifugal casting technique is used to cast the paraffin-based fuel into an acrylonitrile butadiene styrene substrate made by three-dimensional printing. Using oxygen as the oxidizer, a series of tests were conducted to investigate the combustion performance of the novel fuel grain. In comparison to paraffin-based fuel grains, the fuel grain with a nested helical structure, which can be maintained throughout the combustion process, showed significant improvement in the regression rate and great potential in improvement of combustion efficiency.

A technique utilizing a solid fuel grain with a novel nested helical structure to improve the combustion performance of a hybrid rocket engine is presented.

İç içe helisel yapıya sahip Yeni Bir Yakıt Tanesi Kullanarak Hibrit Roket Motorunun Yanma Performansını Artırma

A technique to improve the combustion performance of a hybrid rocket engine using a novel fuel grain structure is presented. This technique utilizes the ...

Flame Photometry: Overview

Flame photometry, also known as flame emission spectrometry, is a technique used for the qualitative and quantitative analysis of elements present in a sample using a flame as the source of excitation energy. The concept of flame photometry was realized in the early 1860s by Kirchhoff and Bunsen, who discovered that specific elements emit characteristic radiation when excited in flames. The first instrument developed for this purpose was used to measure sodium (Na) in plant ash using a Bunsen flame. However, the challenge lay in finding the most effective way to introduce the sample into the flame. It wasn&#39;t until 1929, when Lundegardh introduced a nebulizer, that a significant breakthrough was made, allowing a reproducible introduction of the sample into the flame.
In flame emission spectrometry, the nebulizer converts a liquid sample into a fine mist or aerosol. This is achieved by passing a high-pressure gas stream over the end of a capillary tube containing the sample and aspirating it into a spray chamber. The aerosol produced is then passed to the burner, where flame heat desolvates it, forming dry particles that volatilize and produce free atoms for analysis.
Early instruments utilized quartz prism spectrographs and photographic recording to disperse and capture atomic emission lines. However, advancements in optical filters and electrical photodetectors replaced these components, improving precision and convenience.
Flame photometry involves introducing the sample solution into a nebulizer, which converts it into a fine mist or aerosol. The atomized sample then enters the flame, along with air or oxygen and a fuel gas such as propane or acetylene. The flame provides the thermal excitation necessary to energize the atoms in the sample. As these excited atoms relax, their emitted radiation is detected by a photocell or photomultiplier.
Flame photometry is particularly effective in measuring sodium, potassium, lithium, and calcium elements. The flame used in flame photometry is typically a propane-air flame with a temperature range of 1900-2000 &#176;C, although alternative flames like butane-air or natural gas-air can also be used. Flame photometry has some limitations that can be overcome by using higher temperatures and more reducing flames, such as air-acetylene, along with higher-resolution spectrometric detection. However, these approaches are not cost-competitive compared to the more broadly applicable flame atomic absorption spectrometry or AAS technique.

Alev Fotometrisi: Genel Bakış

Flame photometry, also known as flame emission spectrometry, is a technique used for the qualitative and quantitative analysis of elements present in a ...