Hallo und willkommen zu diesem Artikel, in dem ich ein entscheidendes Konzept auf dem Gebiet der Verbrennungswissenschaft diskutieren werde, "Selbstzündung".
In diesem Artikel werde ich verschiedene Aspekte der Selbstentzündung behandeln, einschließlich der Definition, der Selbstentzündungstemperatur verschiedener Substanzen wie Papier, Diesel, Ethanol, Wasserstoff, Avgas und mehr.
Ich werde auch den Unterschied zwischen Flammpunkt, Brennpunkt und Selbstentzündungstemperatur diskutieren und wie Druck die Selbstentzündungstemperatur beeinflusst.
Am Ende dieses Artikels haben Sie ein umfassendes Verständnis der Selbstzündung und ihrer Auswirkungen. Also lasst uns anfangen!
Was ist Selbstzündung?
Die formale Definition lautet:
Selbstzündung eines Teils oder des gesamten Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum eines Verbrennungsmotors. Auch bekannt als Selbstentzündung.
Selbstentzündung ist, wenn eine Substanz ohne Hilfe von außen zu brennen beginnt. Die Hitze im Inneren der Substanz führt dazu, dass sie sich selbst entzündet.
Was ist die Selbstentzündungstemperatur?
Die Selbstentzündungstemperatur ist die niedrigste Temperatur, bei der ein Stoff in normaler Atmosphäre zu brennen beginnt. Diese Temperatur wird durch Dinge wie Druck, Sauerstoffkonzentration und die Menge an Kraftstoff zu Luft beeinflusst. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Temperatur, bei der ein Stoff zu brennen beginnt, von der Art und Beschaffenheit des Stoffes abhängt.
Selbstzündung in Verbrennungsmotoren
Verbrennungsmotoren können sich allein aufgrund der Kompressionswärme selbst entzünden oder wenn diese Wärme mit der Kraftstoffeinspritzung kombiniert wird. Selbstentzündung wird auch als spontane Verbrennung bezeichnet und kann im Brennraum des Motors stattfinden.
Bei der Arbeit mit brennbaren Materialien ist die Selbstentzündungstemperatur ein Schlüsselfaktor zur Bestimmung des Brand- oder Explosionsrisikos. Es wird verwendet, um herauszufinden, wie wahrscheinlich es ist, dass ein Stoff in einer normalen Atmosphäre ohne einen Funken oder eine Flamme von außen Feuer fängt.
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Selbstentzündungstemperatur verschiedener Substanzen
Holz:
Die Temperatur, bei der Holz von selbst zu brennen beginnt, beträgt etwa 250 °C. Bei 700 °F (371 °C) kann es sofort Feuer fangen, aber zwischen 450 °F (232 °C) und 500 °F (260 °C) dauert es einige Minuten.
Beim minimalen Wärmefluss, der zum Starten einer direkten Flamme erforderlich ist, liegt die Oberflächentemperatur zwischen 300 und 365 °C (572 und 689 °F).
Avgas (Flugbenzin):
Die Temperatur, bei der es von selbst zu brennen beginnt, beträgt 280°C (536°F). Avgas ist eine Art Benzin für Flugzeugmotoren.
Es hat einen Flammpunkt von -43°C (-45°F). Es ist wie Kerosin, das ebenfalls eine Temperatur von 280°C (536°F) hat, bei der es von selbst zu brennen beginnen kann.
http://large.stanford.edu/courses/2014/ph240/ukropina2
Äthanol:
Die Selbstentzündungstemperatur von Ethanol beträgt 365 °C (689 °F), was niedriger ist als die von Diethylether (160 °C oder 320 °F) und höher als die von Benzin (247–280 °C oder 477–536 °F). ).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6266291
Wasserstoff:
Die Temperatur, bei der Wasserstoff von selbst zu brennen beginnt, beträgt 535 °C (995 °F).
https://en.wikipedia.org/wiki/Autoignition_temperature
Ethylenoxid:
Die Temperatur, bei der Ethylenoxid von selbst zu brennen beginnt, beträgt 429 °C (804,2 °F). Aber wenn es Rost gibt, kann es so niedrig wie 140 ° C (284 ° F) sein.
Bei Temperaturen über 10,7 °C ist Ethylenoxid ein farbloses Gas, das selbst Feuer fangen kann.
https://www.petrochemistry.eu/wp-content/uploads/2018/01/Guidelines_EO_2013_UK_v6-final.pdf
Diesel:
Selbstentzündungspunkt: ca. 210°C.
Stahl:
Selbstentzündungspunkt: ca. 1315 °C (2399 °F).
Papier:
Selbstentzündungspunkt: Ungefähr 218 - 248°C.
Sobald ein Papierbrand beginnt, kann die Hitze im Zentrum bis zu 815 °C erreichen.
Andere Gase:
- Methan: 580 °C
- Propan: 493 °C
- Ethylen: 425 °C
- Acetylen: 305 °C
- Naphtha: 290 °C
- Schwefelkohlenstoff: 102 °C
So erkennen Sie die Unterschiede zwischen Selbstzündung, Flammpunkt und Brennpunkt
Zusammengefasst hängen Flammpunkt, Brennpunkt und Selbstentzündungstemperatur alle davon ab, wie brennbar ein Stoff ist, aber jeder Begriff bezieht sich auf einen anderen Aspekt, wie sich der Stoff verhält, wenn er Hitze und Feuer ausgesetzt wird.
Selbstzündung
Selbstentzündung ist die niedrigste Temperatur, bei der ein brennbares Material von selbst zu brennen beginnt, ohne einen Funken oder eine andere Zündquelle von außen.
Dies geschieht, wenn die Temperatur des Materials seine Selbstentzündungstemperatur erreicht und es in ein brennbares Gas verwandelt, das von selbst zu brennen beginnt.
Flammpunkt
Der Flammpunkt hingegen ist die niedrigste Temperatur, bei der eine Flüssigkeit, die Feuer fangen kann, genügend Dampf abgibt, um Feuer zu fangen, wenn sie mit einer Zündquelle in Kontakt kommt.
Für jede brennbare Flüssigkeit ist die Menge an Dampf in der Luft, die benötigt wird, um ein Feuer am Laufen zu halten, unterschiedlich, und die Flammpunkttemperatur zeigt die niedrigste Temperatur, bei der eine brennbare Flüssigkeit Feuer fängt, wenn sie sich in der Nähe einer Zündquelle befindet.
Flammpunkt vs. Selbstentzündungspunkt:
Flammpunkt und Selbstentzündungspunkt sind zwei wichtige Methoden, um zu messen, wie leicht eine Substanz Feuer fängt.
Beide Begriffe beziehen sich auf die Temperatur, bei der etwas zu brennen beginnen kann, beziehen sich jedoch auf verschiedene Teile des Prozesses.
Der Flammpunkt ist die Temperatur, bei der ein Stoff von außen Feuer fangen kann, und der Selbstentzündungspunkt ist die Temperatur, bei der er selbst Feuer fängt.
Feuerpunkt
Der Brennpunkt ist die Temperatur, bei der der Dampf einer brennbaren Flüssigkeit weiterbrennt, nachdem er in Brand gesetzt wurde.
Sie ist höher als die Flammpunkttemperatur und zeigt die niedrigste Temperatur an, bei der ein Stoff nach dem Entzünden noch brennt.
Expeltec hat eine wirklich schöne Infografik erstellt, um einige Unterschiede visuell zu erklären:
https://expeltec.com/5-terminology/flash-point-auto-ignition-temperature/
Selbstzündung im Vergleich zu anderen Prozessen
Die spontane Verbrennung unterscheidet sich von der Selbstzündung, da zum Starten keine externe Energiequelle benötigt wird.
Die Selbstentzündungstemperatur ist die niedrigste Temperatur, bei der ein Stoff in einer normalen Atmosphäre ohne einen Funken von außen Feuer fängt.
Selbstzündung und Selbstbelichtung sind ebenfalls unterschiedliche Prozesse. Von einer Selbstexposition spricht man, wenn sich ein Feuer in einem mehrstöckigen Gebäude von einem Stockwerk zum anderen ausbreitet, und Selbstentzündung ist die niedrigste Temperatur, bei der ein brennbares Material von selbst zu brennen beginnt.
Messungen der Kraftstoffbeständigkeit gegen Selbstentzündung
Oktanzahl
Kurz gesagt, die Oktanzahl ist ein Maß dafür, wie gut ein Kraftstoff Detonation und Frühzündung widerstehen kann, und sie zeigt auch, wie gut er einem Selbststart widerstehen kann.
Die Oktanzahl ist eine Standardmethode, um zu messen, wie hart Kraftstoffe wie Benzin und Diesel in Ottomotoren von selbst zu brennen beginnen.
Diese Bewertung basiert auf dem Druck, bei dem sich der Kraftstoff in einer kontrollierten Umgebung selbst entzündet (von selbst zu brennen beginnt).
Die Oktanzahl wird entweder als Research-Oktanzahl (ROZ) oder als Motoroktanzahl (MON) angegeben.
Je höher die Oktanzahl, desto widerstandsfähiger ist der Kraftstoff gegen Selbstentzündung und desto unwahrscheinlicher ist es, dass ein Ottomotor während der Kompression klopft oder klingelt.
Selbstzündung und ihre Eigenschaften
In Grad Kurbelwinkel ist die Selbstzündungsverzögerung die Zeitspanne zwischen dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung (SOI) und dem Beginn der Verbrennung (SOC) (CADs).
Sie wird auch Zündverzögerungszeit (IDT) genannt und gibt an, wie lange es dauert, bis ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck reagiert.
Selbstentzündungstemperatur
Ethanol kann bei einer Temperatur von 363 °C (685 °F) zu brennen beginnen. Es ist die Temperatur, bei der sich ein Kraftstoff-Luft-Gemisch ohne Hilfe von außen von selbst entzündet.
Eine Möglichkeit, die Selbstzündungstemperatur herauszufinden, besteht darin, den Temperaturanstieg zwischen dem Ende des Verdichtungshubs und dem Beginn des Selbstzündungsereignisses zu messen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Selbstentzündungstemperaturen von 1-Propanol und 2-Propanol zu finden.
Selbstzündung und Strahlungswärmeübertragung
Dies geschieht, wenn eine brennbare Flüssigkeit über ihre Zündtemperatur erhitzt wird und sich die freigesetzten Dämpfe selbst entzünden, wenn sie Strahlung wie Infrarotstrahlung von heißen Gegenständen oder Feuerfahnen ausgesetzt werden.
Es gibt zwei verschiedene Arten der Zündung: Pilotzündung und Selbstzündung. Das brennbare Material benötigt eine externe Wärmequelle, wie einen Funken oder eine Flamme, um eine Pilotzündung zu starten.
Die Selbstzündung hingegen benötigt keine äußere Wärmequelle. Stattdessen nutzt es die eigene Energie des Materials, um ein Feuer zu entfachen.
Selbstentzündungstemperatur
Die Selbstentzündungstemperatur eines Stoffes ist die niedrigste Temperatur, bei der er zu brennen beginnt. Es ist die Temperatur, bei der etwas von selbst anfangen kann zu brennen.
Die Bedeutung der Selbstentzündungstemperatur verstehen
Die Selbstentzündungstemperatur ist ein Schlüsselbegriff in der Wissenschaft der Verbrennung. Es bezeichnet die niedrigste Temperatur, bei der sich ein Stoff ohne einen Funken von außen selbst entzündet und Feuer fängt.
Die Temperatur, bei der ein Material von selbst zu brennen beginnt, kann sich ändern, je nachdem, was sich sonst noch in der Umgebung befindet.
Bei brennbaren Kraftstoffgemischen ist die Selbstentzündungstemperatur die niedrigste Temperatur, bei der sich der Kraftstoff ohne Funken von außen selbst entzündet.
Das Verständnis der Selbstentzündungstemperatur einer Substanz ist wichtig für den Brandschutz und für die sichere Verwendung und Aufbewahrung von Gegenständen, die Feuer fangen können.
Wasserstoffgas und Selbstzündung
Wenn Wasserstoffgas in einen Motor eingefüllt wird, verändert es die Funktionsweise der Selbstzündung auf einzigartige Weise. Die Art und Weise, wie es brennt, wird dadurch beeinflusst, dass seine Selbstentzündungstemperatur und Wärmeleitfähigkeit höher sind als die von Kraftstoffen wie Methan.
Wirkung von Wasserstoff auf die Selbstzündung
Wenn Wasserstoff mit anderen Kraftstoffen gemischt wird, beschleunigt die höhere Temperatur, bei der er sich selbst entzündet, die Verbrennungsgeschwindigkeit und erhöht den Druck im Zylinder.
Die Verwendung von Wasserstoff kann jedoch auch Probleme wie Sicherheitsprobleme, vorzeitige Zündung, Fehlzündungen und weniger Leistung verursachen.
Bei bestimmten Belastungen von Motoren mit Fremdzündung kann es durch unkontrollierte Selbstzündung zum Klopfen des Motors kommen.
Bei Motoren, die sowohl Dieselkraftstoff als auch Wasserstoff verwenden können, kann das Einbringen von Wasserstoff in den Ansaugkrümmer dazu führen, dass Dieselkraftstoff von selbst zu brennen beginnt.
Selbstentzündungstemperatur der Luft
Luft ist nicht brennbar, hat also keine Temperatur, bei der sie von selbst zu brennen beginnt. Brennstoffe und Chemikalien wie Butan, Koks, Wasserstoff und Petroleum haben oft ihre Selbstentzündungstemperaturen angegeben.
Seine Selbstentzündungstemperatur ist die niedrigste Temperatur, bei der ein Material beginnt, sich selbst zu erhitzen, was zu einem Brand führen kann.
Selbstzündungsdruck
Der Druck, bei dem Wasserstoff zu brennen beginnt, liegt zwischen 3,5 und 7 Mpa (35-70 bar). Eine spontane Zündung ist wahrscheinlicher, wenn der anfängliche Lösedruck hoch und der führende Stoß stark ist.
Der zum Entzünden eines Feuers erforderliche Druck hängt davon ab, wie viel Sauerstoff und Helium in der Luft sind.
Einfluss des Drucks auf die Selbstzündung
Mit steigendem Druck sinkt die Temperatur, bei der ein Gemisch aus Gasen oder Dämpfen von selbst zu brennen beginnen kann.
Dies liegt daran, dass höhere Drücke die Reaktion beschleunigen, was die Temperatur senkt, bei der die Reaktion beginnt.
Wasserstoffspeicherung an Bord
Die meisten Wasserstoffspeichersysteme an Bord arbeiten mit Drücken von bis zu 700 bar. An Tankstellen werden für diese Art der Speicherung noch höhere Drücke verwendet.
Im Innern entzündete Gase können durch eine Stoßentladung Wärme verlieren, die dazu führt, dass die Flamme erlischt, bevor das gesamte Volumen in Flammen steht. Dadurch kann verhindert werden, dass sich das Gas selbst entzündet.
Selbstentzündungsprüfung von Rohöl
Selbstentzündungstests werden an Rohöl durchgeführt, um die niedrigste Temperatur herauszufinden, bei der es bei normaler Raumtemperatur spontan Feuer fängt.
Die American Society for Testing and Materials (ASTM) hat Standards für die Prüfung der Selbstentzündungsfähigkeit von Rohöl festgelegt.
ASTM E659: Temperaturen, bei denen ein Stoff von selbst zu brennen beginnt
ASTM E659 ist der Standardtest, mit dem festgestellt wird, ob Rohöl von selbst Feuer fängt. Dieses Prüfverfahren zeigt, wie die Selbstentzündungstemperaturen bei heißer Flamme und kalter Flamme einer flüssigen Chemikalie in Luft bei atmosphärischem Druck in einem gleichmäßig beheizten Gefäß ermittelt werden.
Die Ergebnisse dieses Tests zeigen die niedrigste Temperatur, bei der Rohöl normalerweise Feuer fängt.
Vergleich ASTM E659 und ASTM D2155
ASTM E659 ist eine aktuellere Methode zum Testen von Rohöl auf Selbstentzündung als ASTM D2155. Obwohl die Werkzeuge für jede Methode unterschiedlich sind, sind die Ergebnisse dieselben.
ASTM D93A: Flammpunktbestimmung
ASTM D 93A ist eine Möglichkeit, den Flammpunkt von Erdöl und daraus hergestellten Produkten zu bestimmen. Prüfungen zur Selbstentzündung werden jedoch nicht behandelt.
Der Flammpunkt ist die Temperatur, bei der ein auf Erdöl basierendes Produkt genügend Dampf abgibt, damit eine kleine Flamme ein Feuer entzünden und am Laufen halten kann.
Die Flammpunkttemperatur ist nicht gleich der Selbstentzündungstemperatur. Die Selbstentzündungstemperatur ist die Temperatur, bei der ein Stoff ohne Funken von außen zu brennen beginnt.
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