У цьому розділі представлені репрезентативні результати для плавного плазмового реактора. Виявлено, що показано, що CO-конверсія лінійно зростає з питомою енергією до приблизно 2,2 еВ / молекули. Енергоефективність η розраховується як:

Тут α являє собою виміряний перетворення, кв швидкість потоку молекулярного газу, E = 2,7 еВ чистої енергії дисоціації, а Р вхідної потужності. Використовуючи виміряну конверсію (пояснення в наступному параграфі), ми можемо знайти енергетичну ефективність плазмового реактора, яка нанесена на графік для різних тисків і потужностей і фіксованого витрати 13 ЛСМ на рис. 8А і 8В. Плазма prКоторий здатний перетворювати CO 2 в CO з енергетичною ефективністю до 49%, що можна порівняти з максимальною термодинамічної ефективністю 5. Хоча наведена тут ефективність близька до ефективності термічної дисоціації, вона доводить, що нерівноважна плазма може давати більш високу об'ємну частку CO, ніж в рівновазі при виміряної поступальної температурі. Великою перевагою перед термічною дисоціацією є те, що реакція може бути повернута Увімкнути. Або викл. Протягом декількох секунд, що необхідно для пом'якшення коливань виробництва електроенергії. Крім того, існує потенціал для підвищення ефективності шляхом адаптації функції розподілу енергії електронів (EEDF).

Тепер ми зосередимося на результатах, отриманих для вихлопу. Концентрацію СО вимірюють за допомогою ІЧ-спектроскопії поглинання. На фіг. 9А і 9В показаний репрезентативний спектр. Підгонка призводить кТемпература 299,36 К і конверсія 14,7%. Виміряні дані (синій) знаходяться в хорошому порівнянні з даними підгонки (зелений). Так як температура в вихлопних газах близька до кімнатної, можливо, залишити температуру в якості фіксованого параметра в процесі установки. Далі обговорюються вимірювання in situ. При інтерпретації інтенсивності світла Релея необхідно враховувати, що поперечні перерізи Релея продуктів реакції - СО, О і О 2 - значно відрізняються від поперечних перерізів СО 215,16. Ця проблема може бути вирішена тільки в тому випадку, якщо доступна інформація про склад зразка. Якщо можна записати спектр комбінаційного розсіювання, пропонується контролювати спектр комбінаційного розсіювання СО-молекули для оцінки локальної щільності числа продуктів. В цьому випадку можна було б використовувати поляризатор для усунення розсіяного світла, Thomson і релєєвського розсіювання, одночасно зменшуючи інтенсивність вращеніяРамановскій розсіяне світло - всього лише фактор 3/7 17. Якщо спектр комбінаційного розсіювання не може бути виміряна, так як пік Релея недостатньо скорочений, перетворення можна оцінити на основі рівноважного перетворення (див. Посилання 7,20). Хоча це ігнорує посилене виробництво через нерівноважних умов, температури газу досить високі, щоб виправдати це спрощення. На малюнку 10 наведено дані про температуру з різними поперечними перетинами Релея. Було виявлено, що без будь-якої оптимізації плазми газ в центрі плазми може досягати температур до 5000 К. У плазмі А було показано, що розсіювання Томсона і розсіювання від порушених видів стає значним, якщо температура досягає близько З 10 000 К 18,19, 20, що делаетІзмереніе температури ненадійно. З урахуванням значення диференціальних перерізів релєєвського і Thomson розсіювання 0,148 · 10 -30 м 2 і 7,94 · 10 -30 м 2, відповідно, ступінь іонізації 1,9 · 10 -4 було б необхідно для вкладу Thomson 1%. Це набагато вище, ніж очікувана ступінь іонізації в плазмі (Фрідман 5, p294) від 1 · 10 -6 до 8 · 10 -5.

Вимірювання in - situ FTIR проводилися зі швидкістю 2,0 см3 і значно більш низьким тиском 5 мбар для створення однорідної плазми, яка забезпечує надійне вимірювання, інтегроване по траєкторії. Це також означає, що сама плазма стосується і нагріває стіну. Щоб стіна не нагрівалася, потужність знижується до 30 Вт. Хоча виробництво CO незначно при такій низькій потужності і тиску, in situ FTIR як і раніше забезпечує необхідну інформацію про динаміку плазми CO 2. Спектри реєстрували з дозволом 0,125 см -1. Спектр був оснащений моделлю, заснованої на HAPI, інтерфейсі прикладного програмування HITRAN 12. Код був змінений, щоб включити окремі температури для різних коливальних нормальних мод. Для режиму симетричного розтягування і вигину використовувалася одна температура T 12, оскільки фермі-резонанс гарантує швидку релаксацію між двома нормальними модами.

Результатом підгонки є T = 700 K, T 12 = 1,250 K і T 3 = 1500 K, як показано на малюнку 11. Встановлене тиск становив 10 мбар. Ця переоцінка, ймовірно, компенсує занижений температурний коефіцієнт для постійних розширення тиску. Температура газу, знайдена при релєєвськоє розсіювання, може відрізнятися від Оne з FTIR, оскільки релєєвськоє розсіювання вимірює локальні температури, а спектри FTIR - лінії.

Малюнок 1: Температурна залежність перетину Релея
Перетин Релея, яке виникає, коли з різних перетинів продуктів реакції. Передбачається, що перетворення в тепловій рівновазі обчислює відносні види мольних фракцій. Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.

Малюнок 2: Оптична установка для вимірювань Релея
Об'єктив focuSse лазерний промінь до центру кварцовою трубки. Хвилевід запускає мікрохвилі в плазму, розташовані в фокусі лазера. Отвір в плунжері забезпечує оптичний доступ для лазерного акорду. Спектрометр складається з (1) вхідний щілини, (2) рульового дзеркала, (3) лінзи Літтроу, (4) дисперсионной решітки, (5) підсилювача зображення, (6) і (7) фокусирующих лінз і (8) CCD-камера. Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.

Малюнок 3: Фотографії налаштувань
(A) Зображення вакуумної установки, включаючи мікрохвильовий аплікатор і оптичні волокна. (B) Зображення всередині спектрометра, з лінзою Літроу і дифракційною решіткою visibl е. (C) Зображення системи об'єктива, що використовується для зображення посиленого світла на ПЗС-камеру. Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.

Малюнок 4: Виміряна інтенсивність як функція тиску
Виміряний релєєвськоє розсіювання в залежності від тиску в різні моменти часу. Синя суцільна лінія являє собою лінійну підгонку даних. Шкали помилок вказують абсолютну помилку манометра. Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.

066 / 55066fig5.jpg "/>
Малюнок 5: Схематичне креслення установки аналізу вихлопних газів FTIR
Газову осередок поміщають у відсік для зразків спектрометра FTIR. Осередок з'єднана послідовно з вихлопом, так що через нього протікає газ. Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.

Малюнок 6: Налаштування FTIR на місці
Схематичні знімки установки FTIR in situ. Регулятор потоку знаходиться в вертикальному положенні, і газ тече знизу вгору. Трубка знаходиться у фокусі пучка FTIR. Натисніть тут, щоб подивитися велику версію На цій фігурі.

Малюнок 7: Фотографії установки FTIR на місці
Side (A) і верхній (B) вид хвилеводу в відсіку для зразків ІК-спектрометра. Сифони на верхній частині хвилеводу з'єднані з вакуумним насосом і діють як вихлоп для реактора. Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.

Малюнок 8: Репрезентативна ефективність використання енергії та ефективність перетворення
У графіку (А) енергетична ефективність foRa типова плазма зображена в залежності від застосовуваної потужності СВЧ при тисках від 127 до 279 мбар. На графіку (B) показана ефективність перетворення. Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.

Малюнок 9: Репрезентативне інфрачервоний (ІК) спектр поглинання СО
На графіку (А) показаний виміряний спектр ІК-поглинання газових вихлопів (сині точки). Зелена суцільна лінія показує, що мінімальні квадрати відповідають даним. Результати підгонки T = 299,36 К і α = 14,7%. Збільшене зображення показано в (B). Натисніть тут, щоб подивитися великий R цієї цифри.

Малюнок 10: Температура виміряного газу
На цьому графіку показана температура газу центру плазми, виміряна релєєвськоє розсіювання, як функція енергії для різних тисків. Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.

Малюнок 11: У місці ІК - спектрі поглинання плазмового розряду
На графіку (А) показаний виміряний спектр ІК-поглинання розряду СО 2. Синя лінія найкращим чином соответствуетE (зелені крапки) з T = 700 K, T 12 = 1,250 K і T 3 = 1500 K. Червона лінія дає залишок підгонки. Збільшене зображення можна побачити в (B). Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.

еВ еВ CO 2 13,77 5,52 Колорадо 14,01 11,16 O 2 12,07 5,17 N 2 15,58 9,8 CH 4 12,51 4,54 CH 3 9,84 4, 82 CH 2 10,4 4,37 СН 10,64 3,51 H 2 15,43 4,52

Таблиця 1: Енергії іонізації і дисоціації загальних видів і продуктів.