Ионизация в пламени и электрическое поле - Степанов К.М.
Скачать (прямая ссылка):
С точки зрения практического исполь-
} Л»
111 las III ы
^ \j о
llSt 0
зования электрических полей представляет несомненный интерес работа Асакавы [14], в которой проведено изучение процессов горения в электромагнитных полях различного рода. Асакава, налагая на пламя жидких топлив поля 1 по схеме, приведенной на рис. 130, получил увеличение скорости горения в 3—4 раза при
сжигании бензина (рис. 131, кри- ___________________
вая /) и в 2—3 раза при горении нефти и керосина (рис. 131, кривые 2, 3).
Эти эффекты Асакава объясняет ионизацией в пламени. Тем не менее результаты его работы можно трактовать как с точки зрения
1 Напряжение на полюсах переменное, 3300 а; диаметр полюса 10 мм.
1 10
интенсивность источника
Рис. 128. Влияние облучения на максимум спектрального излучения радикалов ОН и С2 в зависимости от давления в резервуаре: / — 46.7 кн'м2 (350 мм рг. ст.): 2 — 33.3 кшм2 (250 мм рт. ст.); 3 — (200 мм рт. ст.); массовое пропана к воздуху 0,08 1105]
26,7 кн/м отношение
235
влияния внешних электрических и магнитных полей на кинетику процесса, так и простои электризацией частиц топлива, что способствует лучшей организации процесса сжигания.
О 2000 W00 6000 8000 10000 Интенсивность источника / нюри
Рис. 129. Влияние интенсивности излучения на скорость пламени. Давление в резервуаре:
/ — 135 4 Гн/м2, (101,6 мм рт. ст.); 2 — 203,5 Гн'/м2 (152,4 мм рт. ст.): 3 — 271 Гн/м2 203. 2 мм рт. ст.); 4 — 330 Гн м- (231 мм pi. ст.) [111]
А-"г -V
Рис. 130. Схемы наложения электрических и магнитных полей в экспериментах Асакава: левый — переменные электрические поля 6\ и V.; правый — переменное электрическое поле и постоянное магнитное поле [14]
В случае сжигания жидких и твердых топлив в условиях электрического поля можно ожидать: 1) непосредственного воздействия на кинетику процесса горения; 2) срыва с горящей частицы топлива обо-
236
в результате
I
ч 16 I. 12
лочкп продуктов сгорания, в результате чего обеспечивается более интенсивный подвод окислителя к частице (в частности, этот эффект срыва можно объяснить действием ионного ветра); 3) электризации частиц топлива должно про-исходить увеличение скорости потока (рис. 132 и 133) н за счет электростатических сил отталкивания между одноименно заряженными частицами топлива — изменение геометрии пламени, более сильное, чем при горении газа. Все это будет содействовать увеличению скорости горения.
Влияние электрического поля на процесс горения твердого ракетного топлива изучалось Мейо, Ватерманом и Вайнбер-гом [202]. В своей работе авторы подчеркивают, что ионы и электроны в электрическом поле приобретают высокие скорости поступательного движения, в результате чего проявляется их влияние на процесс горения. При этом авторы не отрица-
4\ г
=8—
10
О 2 Ц 8 в Напряжение, нв Рис. 131. Увеличение скорости горения жидких топлив при наложении электромагнитных полей по схемам, данным на рис. 130 [14]
ют и того, что под действием поля создаются условия для лучшей передачи тепла к поверхности горения. Изучая процесс выгорания твердого топлива с помощью скоростной киносъемки, Мейо и его соавторы установили, что при наложении электрического поля (—20 кв на поверхности горения) скорость распространения пламени возрастает с 0,17 до 7 см/сек. Если сгорает топливо с добавкой алюминиевого порошка, влияние поля может быть еще более значительным. Так, при наложении потенциала—20 кв на поверхность горения скорость распространения пламе-ни увеличилась с 0,31 до 32,5 см/сек, а при наложении на поверхность горения + 20 кв — с 0,31 до 64,2 см/сек. Сама методика эксперимента, предусматривающая изучение влияния направления электрического поля, а также полученные данные показывают, что электрическое поле влияет на распространение пла-
2 16 Напряжение, кв
Рис. 132. Увеличение скорости потока твердых частиц при наложении постоянного электрического поля [14]
237
мен» как посредством ионного ветра так » прямым воздействием на кинетику процесса горения в результате электронных соударении. Авторы [202] указывают, что электрическим полем можно регулировать процесс горения, увеличивая скорость распространения пламени
до 200 раз пли уменьшая в 10 раз, при--—~~~~—~~~чем этот эффект возрастает с увеличением давления в камере сгорания, что неоднократно отмечалось другими авторами, изучавшими влияние как электрического поля, так и облучения пламени быстрыми электронами. Анализируя полученные данные, Мейо и его соавторы подчеркивают, что электрическое поле увеличивает не только скорость распространения пламени у поверхности топлива, но и нормальную скорость горения.
В экспериментах по изучению влияния электрического поля на скорость горения бензина, проведенных Степа-новым, металлическую горелку с фитилем из стеклоткани и байпасным отверстием для выхода паров бензина помещали на рычажные весы, поставленные на изолирующую подставку. К чашке весов, на которой стояла горелка, подавался электрический потенциал +60 кв или —60 кв. Таким образом, поле различного направления создавалось между горелкой и землей без второго электрода. Количество выгоравшего бензина фиксировалось по шкале весов. Результаты эксперимента представлены на рис. 134. Как показано на этом рисунке, было рассмотрено три варианта: горелка заряжалась положительно, пламя — чисто диффузионное с подводом воздуха снаружи (вариант «Б»); не меняя полярности заряда, подавали воздух внутрь пламени, для чего открывали отверстие в дне горелки (вариант «А»); на горелку подавался отрицательный потенциал —60 кв, пламя — чисто диффузионное с подводом воздуха снаружи2 (вариант «В»). Результаты этого опыта интересны тем, что они совпадают с данными по изучению влияния поля на электропроводность пламени и его стабилизацию электрическим полем, а также
