Ионизация в пламени и электрическое поле - Степанов К.М.
Ионизация в пламени и электрическое поле
Автор: Степанов К.М.Другие авторы: Дьячков Г.
Издательство: Издательство «Металлургия»
Год издания: 1968
Страницы: 312
Читать: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
Скачать:
УДК 537.56—537.288
Ионизация в пламени и электрическое поле.
СТЕПАНОВ К. М.. ДЬЯЧКОВ Г». Г. Изд-во ((.Металлургия». 1968, с. 1—312.
Даны основы теории горения н распространения пламени. Рассмотрены различные методы изучения электрических свойств пламени. Систематизирован обширный экспериментальный материал о влиянии электромагнитных нолей па процесс горения и характеристики распространения пламени. Описана ионизация и пламени и методы ее измерения, а также применение электрического ноля и ионизации о пламени. Книга предназначена для широкого круга инженеров и металлургов-теплотехников. Л\ожет быть полезна студентам металлургических вузов. Плл. 187. Табл. 27. Библ. 249 назв.
1. Вероятный леханизи влияния электрического поля на распространение пламени
Стационарное гомогенное пламя представляет собой систему, обладающую в целом нейтральным зарядом. Однако в самом ламинарном пламени заряженные частицы распределяются неравномерно: зона реакции и наружный конус характеризуются преимущественно положительным зарядом, а внутренний конус — преимущественно отрицательным. Такое разделение разноименных зарядов вызвано разной подвижностью положительных ионов и отрицательных частиц — электронов (стр. 76) и косвенно подтверждает, что источником заряженных частиц является химическая реакция, развивающаяся во фронте пламени (стр. 138). Образовавшиеся вследствие химической реакции положительные ионы из-за малой их подвижности создают преимущественно положительный заряд в месте своего возникновения, тогда как более подвижные электроны, полученные в результате той же реакции, быстро покидают фронт пламени и образуют преимущественно отрицательный заряд во внутреннем конусе.
При изучении влияния электрических полей на отдельные характеристики процесса распространения пламени необходимо выделить два случая: а) наложение электрического поля с целью максимально возможного повышения энтальпии пламени; б) распространение пламени в электрических полях, характеризуемых высокой напряженностью, но малой силой тока (в пределах 10 ма при наличии пламени). В первом случае стремятся создать мощный дуговой разряд во всем объеме пламени. В этом направлении развивается конструирование электрохимических горелок, которые работают в режиме 10—100 а при напряжении 2—10 кв [123]. Конструкции электрохимических горелок и их применение представляют несомненный интерес и рассмотрены особо на стр. 296.
Во втором случае рассматривается область, переходная к классическому тлеющему разряду (стр. 25) при атмосферном давлении.
При этом изменения характеристик процесса распространения пламени, вызванные электрическим полем, можно объяснить следующими причинами:
208
1) ионным ветром (иначе электрическим ветром Четтока), т.е. возникающим под действием электрического поля движением положительных ионов и увлеченных ими нейтральных частиц к отрицательному электроду—катоду; в результате создаваемого полем «механического движения газов» [17] могут измениться форма пламени, его скорость распространения, поверхность и общая скорость процесса сгорания топлива;
2) превращением энергии электрического поля в тепловую в объеме пламени, в результате чего повышается температура и в соответствии с законом Аррениуса увеличивается скорость химических реакций. Частным случаем этого процесса является локальный разогрев газа и катода в области катодного падения напряжения при наличии тлеющего разряда (стр. 26);
3) прямым воздействием электрического поля на развитие химических реакций вследствие поляризации реагирующих частиц и их активации, осуществленной посредством соударений с электронами, которые в поле приобретают некоторую дополнительную энергию по сравнению с обычным состоянием (без поля).
Что касается поляризации частиц в электрическом поле, то этот процесс в какой-то мере несомненно существует, тем более что частицы в пламени большей частью представляют собой полярные молекулы и радикалы. С точки зрения развития химической реакции поляризация реагирующих частиц является фактором, благоприятствующим химическому взаимодействию соударяющихся частиц [42].
По-видимому, на процесс распространения пламени электрическое поле влияет одновременно как посредством ионного ветра и преобразования энергии поля в тепловую, так и прямым воздействием на кинетику химических реакций, хотя определяющее влияние при соответствующей напряженности поля и его направлении может оказывать один из названных процессов. При изменении напряженности и направления поля может оказаться, что начинает преобладать другой процесс.
К сожалению, теория этого вопроса отсутствует, так как реальная структура пламени пока неизвестна, нет данных об электрических, магнитных и энергетических константах частиц, находящихся в пламени, а также о протекающих элементарных процессах, не говоря уже о такой сложной суперпозиции полей, как электрическое, температурное и концентрационные.
Рассмотрим варианты наложения продольного электрического поля и электрического заряда на горелку с возможным изменением их направления и знака заряда. На рис. 115 представлены четыре варианта наложения поля и заряда.
