Ионизация в пламени и электрическое поле - Степанов К.М.
Скачать (прямая ссылка):
В уравнениях (128) —(130) приняты следующие обозначения: Nu3 — критерий Нуссельта для условий теплообмена электрокон-векций;
г — характерный линейный размер тела; р _ коэффициент объемного расширения; р — плотность; NL — число Лошмита; Т, Т0 — абсолютные температуры соответственно поверхности и среды; ц — динамическая вязкость; Gr, Рг — критерии Грасгофа и Прандтля. Остальные обозначения были даны выше.
Термоэлектроконвекция в газах
В соответствии с уравнением (128) на рис. 164 приведена зависимость Nu3 = f(Gr, Pr, V) для различных газов, по данным Зенфтлебена и его соавторов. Указанная зависимость подтверждается также данными Эйреджса (122), который изучал в неоднородном электрическом поле напряженностью (1,94—7,67) X Ю4 в/см* теплоотдачу от платиновой
* Здесь и далее значения напряженности электрического поля рассчитываются авторами в непосредственной близости от поверхности электрода.
269
Сложнее протекает процесс при суперпозиции двух неоднородных полей: электрического п температурного. Из уравнения (126) видно, что с увеличением температуры значение диэлектрической постоянной ? уменьшается. Если принять схему, в которой максимум напряженности электрического поля примерно совпадает с максимумом температуры (рис. 163), т. е. к теплоотдаю-щей поверхности приложен электрический потенциал U, то молярные объемы диэлектрика, имеющие более низкую температуру Гт1„ и, следовательно, более высокие значения диэлектрической постоянной етах и молекулярной поляризации Р, будут перемещены в область электрического поля с Етах и вытеснят из этой области молекулярные объемы, характери-Рис 163. Схема, объясняю- зуемые максимальной температурой Тптх щая термоэлектроконвекцию и минимальной emin. В результате в объ-_——__ еме диэлектрика с неоднородным температурным полем под действием градиента напряженности электрического поля возникает конвективный массо-и теплообмен, вследствие чего должно происходить выравнивание температуры по объему диэлектрика, увеличение теплосъема с поверхности нагрева и уменьшение температуры последней.
Объяснение влияния электрического поля на конвективный теплообмен поляризационным взаимодействием справедливо для идеальных диэлектриков, в которых при наложении электрического поля не возникает заряженных частиц и не протекает электрический ток.
Первые экспериментальные подтверждения интенсификации теплообмена при наложении электрического поля были получены Зенфтле-беном и соавторами [215—221] и Бонвиттом [139]. Эффективность электроконвекции в работах Зенфтлебена и его соавторов изучалась в зависимости от природы газа, давления, температуры и разности температур между теплоотдающей поверхностью и средой при различной напряженности электрического поля.
В дальнейшем [222] математическая обработка экспериментальных данных позволила получить критериальное уравнение конвективного теплообмена в условиях электрического поля
Киэ = 0,0034GrPrV (1 - 0,000081/). (128)
В этом уравнении связь теплообмена с напряженностью электрического поля Е, коэффициентом поляризации а и дипольным моментом молекул р0 осуществляется посредством критерия Зенфтлебена
268
2Р5
.V, Е-
V ' 3кТ ' (129)
Крониг п Шварц [190] для описания теплоотдачи свободной конвекцией в электрическом поле предлагает аналогичный критерий Кроннга
А^Т-Т^К,. (а_.Щг (130)
который пропорционален критерию Зенфтлебена. Из соотношений (129) и (130) видно, что за рабочую гипотезу в том и другом случае принята поляризация [см. уравнение (126)].
В уравнениях (128) —(130) приняты следующие обозначения: Nu3 — критерий Нуссельта для условий теплообмена электрокон-векций;
г — характерный линейный размер тела; |i — коэффициент объемного расширения; р — плотность; NL — число Лошмита; Т, Т0 — абсолютные температуры соответственно поверхности и среды; г] — динамическая вязкость; Gr, Рг — критерии Грасгофа и Прандтля. Остальные обозначения были даны выше.
Термоэлектроконвекция в газах
В соответствии с уравнением (128) на рис. 164 приведена зависимость Nu3 = f(Gr, Рг, V) для различных газов, по данным Зенфтлебена и его соавторов. Указанная зависимость подтверждается также данными Эйреджса (122), который изучал в неоднородном электрическом поле напряженностью (1.94—7,67) X Ю4 в/см * теплоотдачу от платиновой
* Здесь и далее значения напряженности электрического поля рассчитываются авторами в непосредственной близости от поверхности электрода.
269
Nu,
5W2
проволоки диаметром 0,05 мм к N9, С02, S02, NH3 и CC1F в диапазоне давлений 5,33—533 кн/м2 (40—4000 мм рт. ст.).
Однако теория Зенфтлебена — Кроннга, как показали эксперименты других авторов, оказывается несостоятельной для теплообмена в условиях, когда в диэлектрике под действием электрического поля
и высокой температуры образуются заряженные частицы, перемещающиеся в постоянном электрическом иоле к одному из электродов.
Остроумов в первой работе [74], основываясь на аналогии с магнитно-термической конвекцией, выдвинул гипотезу об электротермической конвекции, которая принципиально не отличается от теории Зенфтлебена — Кронига: и в том, и в другом случае за основу взята зависимость s = f(t).
