Метод - ударная труба
Cтраница 1
 |
Схема ударной трубы. [1] |
Метод ударных труб, развитый за последние 20 лет, представляет собой превосходный способ исследования быстрых гомогенных реакций в газовой фазе при высоких температурах. Реагирующий газ, содержащийся в низкой концентрации в избытке инертного газа, подвергается адиабатическому сжатию в ударной волне и разогревается до 5000 К и более позади фронта волны. [2]
Метод ударной трубы является одним из наиболее мощных в современной химической физике и предназначен для исследования быстрых процессов в газовой фазе. Особенно наглядно проявляются его преимущества при изучении процессов в режиме высоких температур, недоступных в статических лабораторных установках. В сочетании с разнообразными методами диагностики ударная труба позволяет изучать физико-химические превращения в широком диапазоне времен от 10 - 6 до 10 - 3 с. [3]
Однако метод ударной трубы требует изготовления сложной аппаратуры; часто необходимо использование дорогого электронного оборудования. Существуют газодинамические ограничения используемых экспериментальных условий. При продвижении ударной волны по трубе происходит ее затухание или замедление. Это связано с постепенным образованием граничного слоя между нагретым ударом газом и холодными стенками ударной трубы. Такие явления можно учитывать, но подобные трудности требуют применения электронных вычислительных машин для расчета констант скоростей. [4]
Применению метода ударной трубы особенно благоприятствуют высокие температуры воспламенения и малые периоды индукции - до 10 - 6 - 10 - 7 сек. В таких условиях другие методы непригодны. Напротив, при более низких температурах, для которых т - 10 - 1 - 10 2 сек, ударная труба неприменима, и целесообразно использование метода адиабатического сжатия. [5]
Из сказанного выше ясно, что метод ударной трубы суще -, ственно отличается от метода исследований в стационарном потоке, хотя общим для них является связь пространственного и временного разрешения. Разница заключается в том, что при исследованиях в стационарном потоке экспериментатор может осуществить пространственное сканирование зоны реакции практически за любое удобное ему время. Поскольку ударная труба - импульсная установка, временное и пространственное разрешение следует непосредственно учитывать при выборе оптимального отношения сигнал / шум. [6]
Хотя и следует ожидать, что дальнейшее развитие метода ударных труб для измерений абсолютной интенсивности приведет к пересмотру приведенных нами численных данных, маловероятно, что будут развиты новые методы анализа для описания равновесных свойств нагретого воздуха. В этой связи интересно отметить, что в работе [22] приведены предварительные данные [26] относительно излучения непосредственно за фронтом ударной волны при малых плотностях, которые указывают на наличие свечения повышенной интенсивности, связанного с чрезвычайно высокими локальными температурами, существующими до установления химического равновесия. [7]
Цель настоящего обзора состоит в том, чтобы описать возможности метода ударной трубы в совокупности со спектральной техникой для изучения высокотемпературных химических реакций. [8]
В высокотемпературной области имеются данные Колликса и Менарда [82], которые измеряли теплопроводность аргона методом ударной трубы при 71500 - 5000 К. [9]
В последнее время для исследования излучения высокотемпературных газов и измерения сил осцилляторов различных газов широко используется метод ударных труб. Однако в большинстве случаев при определении вероятностей переходов по измеренному поглощению или излучению используется расчетное, а не измеренное значение температуры. В ряде случаев, особенно при измерениях за отраженной ударной волной, это может привести к большой погрешности. Для других молекул, не менее важных для ряда практических применений, измерения проведены с гораздо меньшей точностью. [10]
В настоящее время помимо классических методов ( метод плоского горизонтального слоя, метод коаксиальных цилиндров и метод нагретой нити) предложены и другие - дилатометрический метод, метод ударной трубы, метод, использующий ламинарное течение, термоакустический метод и др. Некоторые из них, безусловно, перспективны. Однако подавляющее большинство измерений выполняется классическими методами. [11]
Этим методом получены экспериментальные данные главным образом для одноатомных газов, а также для воздуха и азота. Вместе с тем метод ударной трубы пока является практически единственным для получения экспериментальных данных о теплопроводности газов при весьма высоких температурах. [12]
В этой главе мы обсудим кинетические закономерности реакции водорода с кислородом при высоких температурах и проследим их взаимосвязь с механизмом реакции при низких температурах. Именно с помощью метода ударной трубы удалось не только детально исследовать кинетический механизм быстрой реакции водорода с кислородом, но и количественно определить константы скоростей наиболее важных элементарных стадий. Сначала рассмотрим некоторые главные кинетические особенности быстрых цепных процессов при высоких температурах. Сравним метод ударной трубы с другими экспериментальными методами, обеспечивающими химиков важной количественной информацией о реакции водорода с кислородом. Рассмотрим различные методики регистрации в ударной трубе и информацию, получаемую с их помощью. Но основное внимание уделим последовательности элементарных стадий в полном механизме реакции водорода с кислородом и константам скоростей этих элементарных стадий. [13]
Часто проводят сравнение данных теории Чепмена-Энскога по теплопроводности с экспериментальными данными, полученными нестационарными методами. Формулы ( 3) и ( 4) убедительно показывают недопустимость такого сравнения, за исключением данных, полученных методом ударной трубы. [14]
Эти методы применимы для измерения времен релаксации в химически стабильных газах вплоть до температур 3000 К. Ударные волны особенно эффективны при исследовании времен релаксации двухатомных газов, колебательные степени свободы которых возбуждаются при высоких температурах. Недостаток метода ударной трубы - необходимость использования сравнительно больших количеств газа, высокую чистоту которого не всегда легко обеспечить. В быстрых аэродинамических потоках, обтекающих препятствие, возникают адиабатические сжатия и разрежения, зависящие, как и ударные волны, от релаксации внутренних степеней свободы. Это явление количественно исследовано Кантровицем [18]; он разработал метод получения времен релаксации по измерению давления, развивающегося в небольшой трубке Пито, служащей препятствием в быстром газовом потоке. Эта методика трубки полного давления имеет невысокую точность и требует очень больших количеств газа. Она была использована для получения колебательных времен релаксации в потоке водяного пара. [15]
Страницы: 1 2