لهب بارد

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

اللهب البارد هو لهب تبلغ درجة حرارته النموذجية حوالي 400 درجة مئوية (752 درجة فهرنهايت) . [ 1 ] وعلى عكس اللهب الساخن العادي، فإن التفاعل فيه ليس قويًا، وينتج عنه القليل من الحرارة والضوء وثاني أكسيد الكربون . يصعب ملاحظة اللهب البارد، وهو غير شائع في الحياة اليومية، ولكنه مسؤول عن ظاهرة طرق المحرك - وهي احتراق غير مرغوب فيه وغير منتظم ومزعج للوقود منخفض الأوكتان في محركات الاحتراق الداخلي . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]  

تاريخ

اكتُشفت ألسنة اللهب الباردة صدفةً في العقد الثاني من القرن التاسع عشر على يد السير همفري ديفي ، الذي أدخل سلكًا بلاتينيًا ساخنًا في خليط من الهواء وبخار ثنائي إيثيل الإيثر. "عند إجراء تجربة الاحتراق البطيء للإيثر في الظلام، يُلاحظ ضوء فسفوري باهت فوق السلك، ويكون هذا الضوء أكثر وضوحًا عند توقف السلك عن الاشتعال. يرتبط هذا المظهر بتكوّن مادة متطايرة لاذعة ذات خصائص حمضية." [ 5 ] : 79 بعد أن لاحظ أن أنواعًا معينة من اللهب لا تحرق أصابعه ولا تُشعل عود ثقاب، وجد أيضًا أن هذه الألسنة غير العادية يمكن أن تتحول إلى ألسنة لهب ساخنة، وأنها عند تركيبات ودرجات حرارة معينة، لا تتطلب مصدر إشعال خارجي، مثل شرارة أو مادة ساخنة. [ 2 ] [ 5 ] [ 6 ]

كان هاري جوليوس إميليوس أول من سجل أطياف انبعاثها، وفي عام 1929 صاغ مصطلح "اللهب البارد". [ 7 ] [ 8 ]

حدود

مُجَمَّعدرجة حرارة التجميد (°مئوية (°فهرنهايت))AIT (°C (°F))
ميثيل إيثيل كيتون265 درجة مئوية (509 درجة فهرنهايت)  515 درجة مئوية (959 درجة فهرنهايت)  
ميثيل أيزوبوتيل كيتون245 درجة مئوية (473 درجة فهرنهايت)  460 درجة مئوية (860 درجة فهرنهايت)  
كحول الأيزوبروبيل360 درجة مئوية (680 درجة فهرنهايت)  400 درجة مئوية (752 درجة فهرنهايت)  
أسيتات ن- بيوتيل225 درجة مئوية (437 درجة فهرنهايت)  420 درجة مئوية (788 درجة فهرنهايت)  

يمكن أن تتشكل اللهب البارد في الهيدروكربونات والكحولات والألدهيدات والزيوت والأحماض والشموع ، [ 9 ] وحتى الميثان . لا يُحدد بدقة أدنى درجة حرارة للهب البارد ، ويُعرف عادةً بأنها درجة الحرارة التي يمكن عندها رؤية اللهب بالعين المجردة في غرفة مظلمة ( إذ يصعب رؤية اللهب البارد في ضوء النهار). تعتمد هذه الدرجة قليلاً على نسبة الوقود إلى الأكسجين، وتعتمد بشدة على ضغط الغاز - فهناك عتبة لا يتشكل اللهب البارد دونها. ومن الأمثلة على ذلك خليط بنسبة 50% من البيوتان العادي و50% من الأكسجين (حجميًا)، والذي تبلغ درجة حرارة اللهب البارد فيه حوالي 300 درجة مئوية (572 درجة فهرنهايت) عند ضغط 165 ملم زئبق (22.0 كيلو باسكال) . وقد سُجلت إحدى أدنى درجات حرارة اللهب البارد ( 156 درجة مئوية ( 313 درجة فهرنهايت) ) لخليط من C₂H₅OC₂H₅ + O₂ + N₂ عند ضغط 300 ملم زئبق (40 كيلو باسكال ) . [ 10 ] درجة حرارة الاشتعال الذاتي (CFT) أقل بكثير من درجة حرارة الاشتعال الذاتي (AIT) للهب التقليدي (انظر الجدول [ 8 ] ). [ 2 ]        

تتكون أطياف اللهب البارد من عدة نطاقات ، ويغلب عليها اللونان الأزرق والبنفسجي، ولذلك يظهر اللهب عادةً بلون أزرق باهت. [ 11 ] ينشأ المكون الأزرق من الحالة المثارة للفورمالديهايد (CH₂O * ) الذي يتكون عبر تفاعلات كيميائية في اللهب: [ 8 ]

CH 3 O• + •OH → CH 2 O* + H 2 O
CH₃O • + CHₙO • → CH₂O * + CHₙOH

لا يشتعل اللهب البارد فورًا بعد تطبيق الضغط ودرجة الحرارة اللازمين، بل يمر بفترة تحريض. تقصر فترة التحريض وتزداد شدة التوهج مع ازدياد الضغط. ومع ازدياد درجة الحرارة، قد تنخفض الشدة بسبب اختفاء جذور البيروكسي اللازمة لتفاعلات التوهج المذكورة. [ 8 ]

تم إنشاء لهب انتشار بارد مستقر ومستدام ذاتيًا عن طريق إضافة الأوزون إلى تيار المؤكسد. [ 12 ]

الآلية

بينما تتفكك الجزيئات في اللهب الساخن إلى أجزاء صغيرة وتتحد مع الأكسجين لإنتاج ثاني أكسيد الكربون (أي تحترق)، فإن هذه الأجزاء في اللهب البارد تكون كبيرة نسبيًا وتتحد بسهولة مع بعضها البعض. ولذلك، ينبعث قدر أقل بكثير من الحرارة والضوء وثاني أكسيد الكربون؛ وتكون عملية الاحتراق المسبق الخلط متذبذبة ويمكن أن تستمر لفترة طويلة. يبلغ الارتفاع النموذجي في درجة الحرارة عند اشتعال اللهب البارد بضع عشرات من الدرجات المئوية، بينما يصل إلى حوالي 1000 درجة مئوية (1830 درجة فهرنهايت) في حالة اللهب الساخن. [ 2 ] [ 13 ]  

يمكن تفسير معظم البيانات التجريبية بواسطة النموذج الذي يعتبر اللهب البارد مجرد تفاعل كيميائي بطيء يكون فيه معدل توليد الحرارة أعلى من معدل فقدانها. كما يفسر هذا النموذج الطبيعة التذبذبية للهب البارد الممزوج مسبقًا : إذ يتسارع التفاعل مع ازدياد إنتاجه للحرارة حتى يصبح فقدان الحرارة ملحوظًا، مما يؤدي إلى توقف العملية مؤقتًا. [ 11 ]

لهب الانتشار البارد

على عكس اللهب البارد المخلوط مسبقًا، يحترق اللهب البارد الانتشار (CDF) في وجود تدرج في نسبة التكافؤ. رُصدت هذه اللهب لأول مرة عام 2012 في تجارب القطرات على متن محطة الفضاء الدولية . [ 14 ] ومنذ ذلك الحين، رُصدت في اللهب الكروي في بيئة انعدام الجاذبية الذي يحرق القطرات والغازات [ 15 ] ، وفي اللهب ذي التدفق المعاكس في ظل الجاذبية العادية [ 12 ] ، وفي اللهب الطبقي. [ 16 ]

التطبيقات

قد تُساهم اللهب الباردة في ظاهرة طرق المحرك ، وهي احتراق غير مرغوب فيه وغير منتظم ومزعج للوقود منخفض الأوكتان في محركات الاحتراق الداخلي. [ 2 ] في محرك الإشعال الشراري العادي، تنتقل جبهة اللهب الساخنة الممزوجة مسبقًا بسلاسة في غرفة الاحتراق من شمعة الإشعال، ضاغطةً خليط الوقود والهواء أمامها. مع ذلك، قد يؤدي الارتفاع المصاحب في الضغط ودرجة الحرارة إلى تكوين لهب بارد في آخر خليط وقود وهواء غير محترق (ما يُسمى بالغازات المتبقية) ويُساهم في الاشتعال الذاتي لهذه الغازات.

يُولد هذا الانطلاق المفاجئ والموضعي للحرارة موجة صدمية تنتقل عبر غرفة الاحتراق، ويتسبب ارتفاع الضغط المفاجئ الناتج عنها في سماع صوت طرق. والأسوأ من ذلك، أن موجة الصدمة تُخلّ بالطبقة الحرارية الحدية على سطح المكبس، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته وانصهاره في نهاية المطاف. تنخفض القدرة الناتجة، وإذا لم يتم إغلاق الخانق (أو تخفيف الحمل) بسرعة، فقد يتضرر المحرك كما هو موضح في غضون دقائق. وتعتمد حساسية الوقود للاشتعال باللهب البارد بشكل كبير على درجة الحرارة والضغط والتركيب.

من المرجح أن يكون بدء عملية الطرق بواسطة اللهب البارد مقتصراً على ظروف التشغيل ذات الخنق العالي، حيث تُلاحظ ألسنة اللهب الباردة عند الضغوط المنخفضة. في ظروف التشغيل العادية، يحدث الاشتعال الذاتي دون أن يكون لهب بارد دور في ذلك. وبينما يتحدد المحرك إلى حد كبير بدرجة حرارة وضغط الاحتراق، يمكن التحكم في تركيبه باستخدام إضافات مضادة للطرق. وتهدف هذه الإضافات بشكل أساسي إلى إزالة الجذور الحرة (مثل CH₂O * المذكور أعلاه) وبالتالي كبح المصدر الرئيسي للهب البارد. [ 17 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ليندستروم، ب.؛ كارلسون، ج. أ. ج.؛ إكدونج، ب.؛ دي فيرديير، ل.؛ هاجيندال، ب.؛ داودي، ج.؛ نيلسون، م.؛ بيترسون، ل. ج. (2009). "مُصلِح وقود الديزل لتطبيقات خلايا وقود السيارات" (ملف PDF) . المجلة الدولية لطاقة الهيدروجين . 34 (8): 3367. رمز Bibcode : 2009IJHE...34.3367L . doi : 10.1016/j.ijhydene.2009.02.013 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2011-06-08 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2010-05-18 .
  2. 1 2 3 4 5 بيرلمان، هوارد؛ تشابيك، ريتشارد م. (1999). اللهب البارد والاشتعال الذاتي: نظرية الاشتعال الحراري للاحتراق تم التحقق منها تجريبياً في بيئة انعدام الجاذبية . ناسا . ص 142. ISBN  978-1-4289-1823-8.نسخة الويب على موقع ناسا ، مؤرشفة بتاريخ 1 مايو 2010 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
  3. ↑ غراي، بيتر؛ سكوت، ستيفن ك. (1994). التذبذبات وعدم الاستقرار الكيميائي: الحركية الكيميائية غير الخطية . مطبعة جامعة أكسفورد. ص 437. ISBN  978-0-19-855864-4.
  4. ↑ سكوت، ستيفن ك. (1993). الفوضى الكيميائية . مطبعة جامعة أكسفورد. ص 339. ISBN  978-0-19-855658-9.
  5. 1 2 ديفي، هـ. (1817) "بعض التجارب والملاحظات الجديدة حول احتراق الخلائط الغازية، مع وصف لطريقة الحفاظ على استمرار الضوء في مخاليط الغازات القابلة للاشتعال والهواء بدون لهب"، المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن ، 107  : 77-86.
  6. ↑ لاحظ عدد من المحققين الآخرين لاحقًا وجود ألسنة لهب باردة أيضًا:
    • ميلر، إتش بي (1826) "حول إنتاج حمض الخليك، في بعض التجارب الأصلية باستخدام مواد معدنية وغير معدنية فوق الإيثر والكحول، إلخ." حوليات الفلسفة ، السلسلة الجديدة، 12 : 17-20. الصفحة 19: "ينبعث اللهب الأزرق من طرف قضيب زجاجي موضوع فوق الإيثر من كامل سطحه؛ ويتكون حمض الخليك بوفرة."
    • (Döbereiner) (1834) "Sauerstoffabsorption des Platins" (امتصاص الأكسجين بواسطة البلاتين)، Annalen der Physik und Chemie ، 31  : 512. من الصفحة 512: "Eine andere nicht uninteressante Beobachtung von Döbereiner ist: das Aether Schon bei der Termperatur von 90° R. فعلًا، وزيارة مع قاع واحد فقط في Dunkeln wahrnehmbaren blassblauen Flamme، لا يوجد مكان محدد، ولكن يتم غمره بنفسه، حتى تتمكن من تسليط الضوء على شعلة مشتعلة في إحدى المناطق الساخنة، الرائعة لهب verwandelt." (ومن الملاحظات الأخرى المثيرة للاهتمام لدوبيرينر أن الأثير يحترق حتى عند درجة حرارة 90 درجة ريومور بلهب أزرق باهت لا يمكن إدراكه إلا في الظلام، وهو لا يتسبب في اشتعال [الأشياء]، ولكنه قابل للاشتعال لدرجة أنه عند اقتراب شمعة مشتعلة منه، يتحول على الفور إلى لهب متوهج ساطع.)
    • بوتيجني، بيير هيبوليت (1840) "ظاهرات السخونة" ، Comptes rendus ...، 12  : 397-407. في الصفحة 400، ذكر بوتيجني أنه عند إضافة ثنائي إيثيل الأثير قطرة قطرة إلى بوتقة البلاتين الساخنة، يتم إنتاج بخار حمضي مزعج. "... من الجيد افتراض حدوث احتراق بطيء،..." (... من الجيد افتراض حدوث احتراق بطيء هناك...)
    • بوتيجني، بيير هيبوليت (1857) Études sur les corps à l'état spheroidal: Nouvelle Branche de physique [دراسات على الأجسام في الحالة الكروية: فرع جديد من الفيزياء]، الطبعة الثالثة. باريس، فرنسا: فيكتور ماسون، الصفحات من 165 إلى 166. في الصفحة 166 ، أشار بوتيجني إلى أنه عندما سكب بعض إيثر ثنائي إيثيل في بوتقة ساخنة: "في ظل غامض عميق، على الفتحة، في كل مراحل التجربة، شعلة زرقاء صافية ظاهرية، والتي تنطفئ في القارب دون أن تمتلئ بكامل طاقتها." اللهب النادر والشفاف هو علامة متحولة عميقة تغمر الأثير؛ بسبب انفصال البخار عن الرائحة الحية والمخترقة التي تهيج الغشاء الأنفي والملتحمات." (في الظلام الدامس، يلاحظ المرء، في جميع مراحل التجربة، لهباً أزرق فاتحاً غير واضح، يتموج في البوتقة التي يملأها بالكامل. هذا اللهب النادر والشفاف هو علامة على تحول عميق يخضع له الأثير؛ يتميز بانبعاث بخار ذي رائحة حادة ونافذة تهيج بشدة الغشاء المخاطي للأنف وملتحمة العين.)
    • بيركن، دبليو إتش (1882) "بعض الملاحظات حول الاحتراق غير الكامل المضيء للأثير والأجسام العضوية الأخرى"، مجلة الجمعية الكيميائية ، 41  : 363-367.
  7. ↑ إميليوس، هاري جوليوس (1929). "CCXXIX.—انبعاث الضوء من اللهب الفسفوري للإيثر، والأسيتالديهايد، والبروبالديهيد، والهكسان". مجلة الجمعية الكيميائية : 1733-1739 . doi : 10.1039/JR9290001733 .
  8. 1 2 3 4 باسمان، إتش جي؛ فريدهولم، O .؛ جاكوبسون، أندرس (2001). منع الخسائر وتعزيز السلامة في الصناعات التحويلية . إلسفير. ص 923 – 930. ISBN  0-444-50699-3.
  9. ↑ المخاطر 19: سلامة العمليات وحماية البيئة : ماذا نعرف؟ إلى أين نتجه؟ . معهد المهندسين الكيميائيين. 2006. ص 1059. ISBN   0-85295-492-1.
  10. ↑ غريفيث، جون ف.؛ إينوماتا، تاداكي (1992). "اللهب البارد المتذبذب في احتراق ثنائي إيثيل الإيثر". مجلة الجمعية الكيميائية، معاملات فاراداي . 88 (21): 3153. doi : 10.1039/FT9928803153 .(يشير هذا المرجع إلى أدلة على وجود نار باردة عند درجة حرارة 430 كلفن، أي 156 درجة مئوية، وليس 80 درجة مئوية)
  11. 1 2 بارنارد، ج (1969). "أكسدة الكيتونات باللهب البارد". ندوة (دولية) حول الاحتراق . 12 (1): 365-373 . doi : 10.1016/S0082-0784(69)80419-4 .
  12. وون ، ش.هـ ؛ جيانغ، ب.؛ دييفارت، ب.؛ سون، ش.هـ؛ جو، ي. (2015). "لهب الانتشار البارد للهيبتان العادي ذاتي الاستدامة والمنشط بالأوزون". وقائع معهد الاحتراق . 35 (1): 881-888 . Bibcode : 2015PComI..35..881W . doi : 10.1016/j.proci.2014.05.021 . OSTI 1251900 . 
  13. ↑ جونز، جون كليفورد (سبتمبر 2003). "الأكسدة في درجات الحرارة المنخفضة" . سلامة عمليات الهيدروكربونات: نص للطلاب والمهنيين . تولسا، أوكلاهوما: بنويل. ص 32-33 . ISBN  978-1-59370-004-1.
  14. ↑ ناياجام، فيدا؛ ديتريش، دانيال ل.؛ فيركول، بول ف.؛ هيكس، مايكل س.؛ ويليامز، فورمان أ. (2012-12-01). "هل يمكن للهب البارد أن يدعم احتراق قطرات الألكان شبه المستقر؟" . الاحتراق واللهب . 159 (12): 3583-3588 . Bibcode : 2012CoFl..159.3583N . doi : 10.1016/j.combustflame.2012.07.012 . ISSN 0010-2180 . 
  15. ↑ كيم، مينهيينغ؛ واديل، كينديل أ.؛ سندرلاند، بيتر ب.؛ ناياغام، فيدا؛ ستوكر، دينيس ب.؛ ديتريش، دانيال ل.؛ جو، ييغوانغ؛ ويليامز، فورمان أ.؛ إيراس، فيليب؛ أكسلبوم، ريتشارد ل. (2023-01-01). "لهب الانتشار البارد الكروي الذي يعمل بالغاز" . وقائع معهد الاحتراق . 39 (2): 1647-1656 . Bibcode : 2023PComI..39.1647K . doi : 10.1016/j.proci.2022.07.015 . hdl : 1903/29540 . ISSN 1540-7489 . 
  16. ↑ واديل، كينديل أ.؛ لي، هان جو؛ ناياجام، فيدا؛ أكسلبوم، ريتشارد ل.؛ سندرلاند، بيتر ب. (2023-08-01). "لهيب الانتشار البارد في تدفق ركود مستقر الطبقات" . الاحتراق واللهب . 254 112852. Bibcode : 2023CoFl..25412852W . doi : 10.1016/j.combustflame.2023.112852 . ISSN 0010-2180 . 
  17. ↑ توتن، جورج إي.؛ ويستبروك، ستيفن ر.؛ شاه، راجيش ج.، محرران. (2003). دليل الوقود ومواد التشحيم: التكنولوجيا، والخصائص، والأداء، والاختبار . الجمعية الأمريكية لاختبار المواد الدولية. ص 73. ISBN  0-8031-2096-6.

للمزيد من القراءة