Ионизация в пламени и электрическое поле - Степанов К.М.
Скачать (прямая ссылка):
253
Энергия электронов еще мала при данной напряженности поля. С дальнейшим увеличением напряженности электрического поля электроны получают достаточную энергию и в какой-то момент компенсируют влияние ионного ветра, а затем при более высоких значениях напряженности начинают доминировать и вести процесс горения. Этому этапу соответствует резкое расширение пределов распространения и повышение давления в пламени, что отметил Калькотт.
(>. Электропроводность пламени в продольном электрическом поле
С целью проверки предположения о прямом воздействии электрического поля на кинетику процесса горения (см. стр. 215). Степановым были проведены эксперименты, основанные на связи между кинетикой химической реакции и ионизацией в пламени (стр. 130). Иными словами, если электрическое поле при определенных условиях влияет на кинетику процесса горения, то в результате должна повыситься концентрация заряженных частиц и, как следствие, увеличиться электропроводность пламени. Эксперименты проводили на открытом диффузионном пламени с раздельной подачей воздуха и городского газа в однотрубную горелку. Расход был постоянен и составлял 0,5 м3/ч; расход первичного воздуха соответствовал коэффициентам избытка 0,5; 1,0 и 1,5.
Продольное электрическое поле создавалось между положительно заряженной горелкой и заземленным кольцом, установленным на высоте 260 мм (см. рис. 115, б).
Электропроводность измеряли двухэлектродным зондовым датчиком; для проверки принятого метода полученные результаты сравнивали с данными осциллограмм, снятых на аналогичном пламени, но методом его прострела. Изменение электропроводности в изучаемом сечении пламени было идентичным в обоих случаях.
Схему измерения электропроводности пламени, приведенную на рис. 57, отсекали от питающей сети разделительным трансформатором 220/120 в, рассчитанным на напряжение пробоя 110 кв. Таким образом, удалось полностью ее изолировать и тем самым создать предпосылки, исключающие утечку тока. Отсутствие утечки тока фиксиро-
254
валось, например, тем. что измерительный прибор, поставленный на нуль, при наведении продольного электрического поля без пламени показывал в первый момент небольшое увеличение силы тока, затем стрелка прибора становилась в нулевое положение. То же самое наблюдалось в непосредственной близости от горелки, на которую подавали высоковольтный положительный заряд.
Другим доказательством отсутствия тока утечки, который мог бы внести ошибку в измерения, являются результаты экспериментов (рис. 153). Оказалось1, что с увеличением напряженности продольного электрического поля электропроводность пламени возрастает по затухающей кривой и при некоторой напряженности электрического поля уже не изменяется, тогда как при наличии тока утечки, который мог бы повлиять на результаты измерений, сто величина продолжала бы возрастать с увеличением потенциала. ———^—
На основании этого наблюдаемые изменения электропроводности были отнесены за счет изменения ионизации в пламени под действием электрического поля.
Изменение электропроводности пламени по его высоте в зависимости от прилагаемого потенциала для указанных коэффициентов избытка воздуха а и соответствующие им коэффициенты эффективности наложения продольного электрического поля 1п//б.п приведены на рис. 154. При всех соотношениях смеси газ — воздух с увеличением напряженности электрического поля электропроводность пламени стремится к некоторому пределу насыщения, по достижении которого (более 36 кв) наступает искровой пробой и эффект пропадает. Динамика изменения электропроводности пламени в зависимости от прилагаемого потенциала показа- ————————
на на рис. 155 для различных значении а.
Ход кривых наглядно показывает стремление электропроводности к некоторому пределу, превышение которого вызывает пробой.
I 2 3 и 5 6 7 Расстояние от оси пламени, см
Рис. 153. Изменение проводимости пламени в зависимости от потенциала продольного электрического поля:
без 12 кв; 4 -
поля; 2 — С — II — U - 24 кв; ¦ U = 36 кв
1 Эксперименты проводились при расходе городского газа 0.5 м*ч при а -- 1. электропроводность пламени измерялась на горизонте 40 мм от устья горелки 1см. рис. 153).
255
75
II
Г
50\
25.
7 -'- a-7.fJ* ^T2
«
* —
и
4 i—1 Я
°B 25 50 75 Ю0
высота распопожения зонда Н,мм а
\
\ —о
'—1 0 - to
1.15
Те
105 100
°в 2S 50 75 100 высота расположения зонда Н, мм б
"> 0 25 50 75 100
Высота распопожения зонда К ни
д
Рис. 154. Изменение проводимости на осп диффузионного пламени под действием продольного электрического поля н зависимость тока проводимости и его относительного значения от потенциала: / — бет поля; 2 — V = 12 кв; 3 — С - 21 кв; 4 — U = 36 кв. Примятые обозначения: iQ — электро-проводность пламени иа его оси, яка: /п — электропроводность пламени в поле, мка; 1'б.п ~~~ электропроводность пламени без поля, мка; а — а = 0,5; б — а =¦ 1.0; в — а = 1,5
