Přesné měření teploty plamene pro maximalizaci účinnosti procesů spalování paliva
Ve studiích spalování představuje adiabatická teplota plamene maximální teplotu, které může plamen dosáhnout za ideálních podmínek. Slouží jako teoretická horní hranice teplot plamene ve skutečných procesech, za předpokladu, že veškerá entalpie spalování je plně přenesena do plynů vznikajících během spalování. Stoprocentní poměr ekvivalence indikuje dokonalou stechiometrickou směs, kde veškeré palivo reaguje zcela se všemi dostupnými kyslíky ve směsi. Tato podmínka maximalizuje teplotu plamene, protože se žádné teplo neztrácí na ohřev přebytečného kyslíku nebo jiných nezreagovaných složek.
V reálných scénářích jsou teploty plamene obecně nižší než adiabatická teplota plamene při 100% ekvivalentním poměru. Nejvyšší teploty plamene dosáhne, když je veškerá energie ze spalování využita k ohřevu plynných produktů spalování. Této optimální teploty je dosaženo, když je přesně tolik vzduchu pro úplné spalování – ani příliš mnoho, ani příliš málo. Pokud je přítomen přebytek vzduchu, dodatečný vzduch absorbuje část energie spalování a snižuje teplotu plamene. Naopak, pokud je nedostatek vzduchu, nedokonalé spalování snižuje uvolněnou energii, což má za následek nižší teplotu plamene.
Přesná měření teploty plamene jsou klíčová pro vývoj a testování nových paliv v raketových pohonech a dalších vysoce výkonných aplikacích. Tato měření pomáhají výzkumníkům zdokonalovat složení paliv a zlepšovat jejich výkon.
Měření teploty plamene je také zásadní pro optimalizaci spalovacích procesů. Přesné údaje o teplotě umožňují lepší řízení spalování, což vede ke zvýšení účinnosti a snížení emisí.
Měření teploty plamene navíc hraje klíčovou roli při posuzování výkonu různých složení paliva. Pochopení toho, jak probíhají různé chemické reakce při různých teplotách, umožňuje průmyslovým odvětvím vyvíjet nebo vybírat paliva, která nabízejí lepší účinnost a nižší emise, a tím přispívají k environmentální udržitelnosti.
Termočlánky jsou nejčastěji používaným tradičním nástrojem pro měření teploty plamene. Skládají se ze dvou různých kovových drátů spojených na jednom konci a tvořících spoj. Když jsou vystaveny plameni, spoj generuje napětí odpovídající teplotě, kterou lze poté měřit a převést na teplotní údaje. Ačkoli jsou termočlánky široce používány díky své jednoduchosti a cenové efektivitě, mají značná omezení. Poskytují pouze bodová měření, což znamená, že měří teplotu v konkrétním místě, kde je termočlánek umístěn v plameni. To může vést k neúplným nebo nepřesným údajům, zejména u heterogenních plamenů. Termočlánky jsou navíc invazivní, mohou narušovat plamen a hromadit saze, což může způsobit chyby měření. Přesnost měření termočlánkem je navíc ovlivněna výměnou tepla vedením tepla a zářením, což vede k nesrovnalostem mezi teplotou termočlánku a skutečnou teplotou plynu.
