plamen

Ukoptěný plamen

Přehrát mediální soubor

Plamen svíčky v deskovém kondenzátoru , který byl střídavě nabíjen na napětí 25 kV a poté znovu vybit. Plamen se v elektrickém poli deformuje, protože se jedná o plazmu, a proto obsahuje nosiče volného náboje, které reagují na elektrické pole.

Plamen svíčky v beztížnosti

Plamen dimethylamin-kyslík s různými poměry palivo / oxidační činidlo se stabilizoval při nízkém tlaku na 40 mbar

Protože plamenem je, obvykle jako součást odcházejícího ohně , oblast hoření nebo jiné exotermické reakce, vztažená na plyny a páry, ve emitovaném světle je.

proces

Radiace uvolněná během reakce je způsobena světelnou emisí molekulárních pásem a spektrem atomových čar molekul a atomů zapojených do spalování, jakož i pevnými částicemi a aerosoly . Pevné částice, jako jsou saze nebo popel, vyzařují při teplotě plamene spektrum záření, které odpovídá spektru černého tělesa . Pokud jsou v plameni pevné částice, převládá jejich tepelné záření .

Ve většině technických aplikací se termín „plamen“ vztahuje k viditelné reakci paliva s oxidujícím kyslíkem . Reakční oblast zahrnuje předehřívací zónu, reakční zónu a rovnovážnou zónu. Plamen se tvoří z reakční zóny. To obvykle vede k intenzivní záři, která ostře ohraničuje reakční oblast ( přední část plamene ) a může nabývat různých barev.

Barva plamene

Významný podíl barvy plamene je způsoben různými složkami v reakční zóně:

• žlutá až oranžová: kvůli (zářícím) částicím sazí (velikost několika 10 nm). Jejich emisní spektrum odpovídá přibližně spektru černého tělesa
• modrá: vzrušenými radikály CO ₂ , CH
• tyrkysová: díky molekulám C ₂ .

Naproti tomu, reakční produkty spalování uhlovodíků ( CO ₂ a H ₂ O ), mají tendenci vyzařovat v (neviditelné), infračervená spektra. Pokud jsou v plameni nečistoty, výsledkem je intenzivní zabarvení plamene , jehož barva závisí na obsahu. Zde záření z energeticky nízko položených rezonančních přechodů (první excitovaný stav) přispívá hlavně k osvětlení plamene. Obzvláště jednoduchou změnu barvy na žlutou lze dosáhnout obsahem sodíku v kuchyňské soli . Tato možnost se používá pro ohňostroje, které reagují ve všech barvách barevného kruhu.

charakterizace

Existuje několik způsobů, jak charakterizovat plamen. To zahrnuje typ toku ( laminární nebo turbulentní ), poměr paliva a oxidačního činidla a to, zda jsou již před spalováním smíchány nebo nesměšovány.

Například v případě „předem smíchaných plamenů“ existuje před spalovacím procesem homogenní směs paliva a okysličovadla (například hořák a benzínový motor ). V případě „nemixovaných plamenů“ se palivo a oxidační činidlo setkávají pouze v reakční zóně a reagují tam navzájem. Proces spalování probíhá na rozhraní, kde se směšují plyny (například svíčky , ohně, turbíny letadel a olejové hořáky s tlakovým rozprašovačem ).

Plamen lze navíc popsat poměrem paliva a oxidačního činidla. Plameny s přebytečným palivem se označují jako „tučné“ plameny, zatímco plameny s přebytečným oxidačním činidlem jsou „štíhlé“ plameny. Přesnější údaj o tom, která směs je přítomna, se provede pomocí ekvivalenčního poměru Φ (chemický název) nebo  poměru vzduchu λ (technický název).

• Plamen s nízkým procentem kyslíku se označuje jako redukční plamen ( světelný plamen ). Během pyrolytické spalovací reakce se z molekul uhlovodíků tvoří radikály CH . Ty reagují (mimo jiné) s vytvořenými kyslíkovými radikály za vzniku vodní páry. Kvůli nedostatku kyslíku ( poměr spalovacího vzduchu ) se vytváří více oxidu uhelnatého a elementárního uhlíku ve formě sazí ; oba mohou být v teple oxidovány absorpcí kyslíku. Plamen má redukční účinek , látky uvolňující kyslík zadržované v plameni jsou redukovány (viz také perla boraxu ). Emisivita sazí je zodpovědný za intenzivní záři plamene, pro jeho žluté barvy relativně nízká teplota spalování (asi 1,000-1,200 ° C). Saze z těchto výfukových plynů mohou při intenzivním používání svíček a olejových lamp ucpat vnitřní stěny komínů nebo ucpat strop. ${\ displaystyle \ lambda <1}$
• Oxidační plameny obsahují přebytečný kyslík. Během spalovací reakce se vázaný uhlík uhlovodíků (z CC a CH vazeb) oxiduje na oxidy uhlíku . Oxidační plameny jsou žhavější než plameny redukční. Vzhledem k nízkému obsahu sazí září jen slabě a mají modré plameny v důsledku chemiluminiscence (chemiluminiscence CH radikálů blízko 314, 390 a 431 nm, OH radikálů s vrcholem blízko 309 nm, radikálů CO ₂ kolem 415 nm a C _{2 v} blízkosti 510 nm).

Záblesk plamene dochází, jakmile oxidovatelného, tlakové směsi plynů může náhle kombinovat s kyslíkem. Aktivační energie této reakce musí být dosažena externím zdrojem vznícení, zejména pokud je překročena teplota vznícení příslušné reakční směsi.

Maličkosti

• Doposud nejteplejší plamen je produkován reakcí mezi dikyanoethinem a ozonem při tlaku 40 bar a dosahuje teploty plamene kolem 6000 ° C. Teoretické teploty spalování uhlovodíků se vzduchem jsou kolem 2000 ° C. Takových teplot, které jsou možné za ideálních podmínek, se v každodenních plamenech v žádném případě nedosahuje, protože plyn se během spalování kvůli emisi záření ochlazuje. Nosné rakety pro vesmírné satelity také vydávají velmi horké plameny .

• Odvozený význam „plamen“ se metaforicky používá od 18. století pro dívku, do které je zamilovaná a pro kterou je tedy zapálená. Porovnejte také texty s texty Žádný oheň, žádné uhlí nemůže tak horkě hořet, // Jako tajně tichá láska, o které nikdo nic neví. (Lidová píseň, 18. století.)

• Teplo plamene lze odhadnout pomocí „spektrálních brýlí“ (dětská hračka): Spektrální brýle rozkládají světelné paprsky barvy plamene na své spektrální složky a teplotu lze odvodit z velikosti světlé skvrny

Viz také

• oheň
• Střelba
• Kirchhoffův zákon záření
• Plamen premixu
• Difúzní plamen
• bezplamenné spalování v porézním hořáku

webové odkazy

Wikislovník: Flamme  - vysvětlení významů, původ slov, synonyma, překlady

• Norbert Peters: Technical Combustion - Lecture Reprint, RWTH Aachen University (PDF; 3,6 MB)

Individuální důkazy

1. ^ Jürgen Warnatz, Ulrich Maas, Robert W. Dibble: Spalování - Fyzikálně-chemické základy, modelování a simulace, experimenty, tvorba znečišťujících látek. Springer, Berlin / Heidelberg 2001, ISBN 978-3-540-42128-3 , doi : 10,1007 / 978-3-642-56451-2 .
2. ↑ Krzysztof Adam Grabinski: Experimentální a numerická kinetická studie nabitých a vzrušených druhů při spalování kyslíku pro zachycování CO2 , Norská univerzita vědy a technologie, 2016, (plný text)
3. ↑ Johannes Eichmeier: Kombinované spalování paliv smíchaných uvnitř spalovací komory s různými zápalnostmi bylo zkoumáno na příkladu nafty a benzínu. Logos Verlag Berlin GmbH, 2012, ISBN 978-3-832-53172-0 , s. 59 ( omezený náhled ve vyhledávání knih Google).
4. ↑ Maurizio De Leo, Alexej Saveliev, Lawrence A. Kennedy, Serguei A. Zelepouga: Luminiscence OH a CH v protichůdných plynných plamenech metanu. Další důležité zdroje chemiluminiscence; , 2007, citováno Krzysztofem Adamem Grabinskim: Experimentální a numerická kinetická studie nabitých a excitovaných druhů při spalování kyslíku pro zachycování CO2 , Norská univerzita vědy a technologie, 2016, strana 14 (plný text)
5. ↑ Madleine M. Kopp, Olivier Mathieu, Eric L. Petersen: Stanovení rychlosti CO2 * chemiluminiscenční reakce CO + O + M <--> CO2 * + M , 2014, citováno Krzysztofem Adamem Grabinskim: Experimentální a numerická kinetická studie nabité a vzrušené druhy při spalování kyslíku pro zachytávání CO2 , Norská univerzita vědy a technologie, 2016, strana 14 (plný text)
6. ^ Eric Petersen, Madleine Kopp, Nicole Donato: Hodnocení současných modelů kinetiky chemiluminiscence za podmínek motoru , 2011, citoval Krzysztof Adam Grabinski: Experimentální a numerická kinetická studie nabitých a excitovaných druhů při spalování kyslíku pro zachycování CO2 , Norská univerzita vědy a Technology, 2016, strana 14 (plný text)
7. ↑ Zoltán Faragó: Správné kouření krbu - dívání se na plameny přes spektrální brýle