Combustione eterogenea - Heterogeneous combustion
La combustione eterogenea , altrimenti nota come combustione in mezzi porosi , è un tipo di combustione in cui una fase solida e gassosa interagiscono per promuovere il trasferimento completo dei reagenti ai loro prodotti a potenziale energetico inferiore. In questo tipo di combustione un solido ad elevata area superficiale viene immerso in un flusso reagente gassoso, possono essere presenti o meno fasi fluide aggiuntive. Reazioni chimiche e trasferimento di calore avvengono localmente su ciascuna fase e tra entrambe le fasi. La combustione eterogenea differisce dalla catalisi in quanto non c'è un focus su nessuna delle fasi individualmente, ma piuttosto entrambe esaminate simultaneamente. In alcuni materiali, come il carburo di silicio (SiC), gli strati di ossido, SiO e SiO 2 , che si formano sulla superficie consentono l'adsorbimento del vapore acqueo dalla fase gassosa sul solido abbassando le pressioni parziali. In questo regime di combustione, il calore termico rilasciato dai sottoprodotti della combustione viene trasferito nella fase solida per convezione ; la conduzione e l'irraggiamento conducono quindi il calore a monte (insieme alla convezione avversa all'interno della fase gassosa). Il calore viene quindi trasferito in modo convettivo ai reagenti incombusti.
Applicazioni
All'interno della letteratura, ci sono molte applicazioni di combustione eterogenea che derivano dal modo unico in cui questo processo di combustione fa ricircolare il calore. Questi dispositivi possono essere utilizzati sia come basamento dispositivi autonomi, o in combinazione con altri mezzi di conversione di energia per altamente efficiente potenza termica combinata e applicazioni (CHP). Ad esempio, la produzione di elettricità tramite scambio di calore sia radiativo che convettivo con la camera di combustione può essere realizzata utilizzando cicli Rankine organici in un processo di riscaldamento a più fasi, o utilizzando emissioni rigorosamente radiative tramite generatori fotovoltaici e termoionici . I combustori eterogenei possono essere utilizzati per scopi di riscaldamento su piccola scala e come ossidanti di composti organici volatili (VOC). La combustione eterogenea può anche essere combinata in serie e in parallelo con più stadi di iniezione per l'uso in torce a gas negli impianti di produzione chimica o nei pozzi petroliferi.
Struttura a fiamma
All'interno di una camera di combustione contenente mezzi porosi, la struttura dell'ambiente può essere assunta come segue. Una regione di preriscaldamento esiste prima della superficie del fronte di fiamma indicata con δ p . La lunghezza del preriscaldamento è contrassegnata dall'inizio del solido poroso dove avviene un apprezzabile trasferimento di calore alla fase gassosa e termina quando la fase solida e quella gassosa raggiungono la temperatura di equilibrio. La regione di rilascio del calore chimico, la fiamma, il cui spessore può essere dato come δ L , esiste dopo la regione di preriscaldamento e la sua lunghezza dipende dal flusso di massa, dalle proprietà della superficie e dal rapporto di equivalenza. Al di là della fiamma, dove si verifica un rilascio minimo di calore chimico, il calore viene trasferito per convezione dai gas di postcombustione al solido. Il calore quindi conduce e si irradia attraverso la struttura solida a monte attraverso la fiamma. All'interno della regione di preriscaldamento, il calore viene nuovamente trasferito in modo convettivo dalla struttura solida al gas.
La struttura della fiamma all'interno della matrice porosa è stata ripresa utilizzando l'assorbimento dei raggi X. Per valutare la temperatura all'interno della fase gassosa, la miscela reagente è stata diluita con Krypton: un gas inerte che ha un elevato coefficiente di assorbimento dei raggi X.