Ионизация в пламени и электрическое поле - Степанов К.М.
Скачать (прямая ссылка):
В случае наложения поля по рис. 115, а скорость горения должна повыситься и, следовательно, поверхность горения SK уменьшится. Одновременно расширится область устойчивого горения в сторону увеличения критической скорости срыва. При наложении поля по
214
рис. 115, б локальный очаг разогрева газа возникнет у верхнего электрода н его влияние на процесс распространения будет зависеть от положения электрода в пламени. Если верхний электрод находится в зоне продуктов сгорания, то, по-видимому, это мало влияет на скорость сгорания смеси; если же электрод находится в зоне, где отмечаются объемы непрореагнровавшего горючего и окислителя н протекают химические реакции, то следует ожидать увеличения скорости выгорания топлива. В вариантах по рис. 115, в и с' тлеющий разряд вообще отсутствует и, следовательно, не может быть речи о подобном влиянии электрического заряда на процесс распространения пламени.
Прямое воздействие электрического ноля на процесс горения
Этот механизм влияния электрического поля на распространение пламени предполагает, что под действием поля или заряда электроны ', генерированные самим пламенем, приобретают достаточную энергию поступательного движения и в процессе неупругих соударений типа электрон — нейтральная частица (стр. 17) создаются новые активные центры в виде свободных атомов, радикалов, ионов или возбужденных частиц. В результате должна возрасти скорость горения смеси.
Этот процесс наиболее эффективно должен идти при наложении электрического поля по вариантам, показанным на рис. 115, б и г, когда поток электронов разгоняется в направлении к положительно заряженной горелке, т. е. навстречу потоку горючей смеси. При этом необходимо учесть, что если без поля электроны, генерированные во фронте пламени, рассеиваются по сфере от точки своего возникновения, т. е. навстречу потоку смеси идет лишь некоторая доля общего числа возникших электронов, то при наложении продольного поля плотность электронного тока, направленного навстречу свежей смеси (см. рис. 115, б), должна возрасти за счет тех электронов, которые без поля рассеивались в других направлениях.
Таким образом, при наложении поля и заряда по рис. 115, б и г возрастает не только кинетическая энергия электронов, но и плотность
Влияние положительных ионов рассмотрено при анализе ионного ветра.
215
При наложении поля и заряда по вариантам рис. 115, айв электроны из фронта пламени в основном будут разгоняться в направлении зоны продуктов сгорания, и с этой точки зрения их вклад в интенсификацию процесса горения должен уменьшиться.
Что касается пределов устойчивости распространения пламени с позиций прямого влияния электрического поля и заряда посредством неупругих соударений типа электрон — нейтральная частица, то при наложении поля и заряда по рис. 115, б и г следует ожидать расширения пределов устойчивости за счет увеличения критической скорости срыва и соответствующего сужения за счет увеличения критической скорости проскока.
Следовательно, если создать такие условия, когда пламя срывается с устья горелки и повисает над ней, т. е. между горелкой и основанием пламени создается большое мертвое пространство, заполненное горючей смесью, то при включении поля или заряда по рис. 115, б и г следует ожидать стабилизации пламени на горелке.
При наложении поля или заряда на схеме рис. 115, а и в возможное изменение пределов устойчивости распространения пламени, по-видимому, нельзя объяснить прямым влиянием неупругих соударений электронов с частицами, так как их концентрация в области свежей смеси должна уменьшиться.
Рассмотрим подробнее основные экспериментальные эффекты, которые должны наблюдаться, если предположить, что под действием поля или заряда в процессе неупругих соударений электронов с молекулами горючей смеси создаются активные центры развития химической реакции, в результате чего интенсифицируется процесс горения.
Взаимосвязь между скоростью генерирования активных частиц w0, концентрацией активных центров п и скоростью цепной реакции tcr дается в теории цепных реакции.
Так, для случая, когда разветвление цепи подчиняется первому порядку, а обрыв — квадрату концентрации активных центров, при стационарном режиме___
и скорость стационарной реакции
216
Следовательно, при v° = bvf (v2 = i>Vi) скорость реакции w стремится к бесконечности, так как в общем случае
ы< = ь\а, (114)
т. е. в этих условиях реакция завершается взрывом. В этих уравнениях vn =— и у"= — . Таким образом, постулируя зависимость п - п
скорости генерирования активных центров w0 как результат не только тепловых соударений, но и воздействия энергии других видов, можно ожидать при наложении на пламя, в частности, электрического поля, что концентрация активных частиц увеличится.
Учитывая возможные воздействия внешних энергетических условий на кинетику процесса и в первую очередь на скорость образования активных центров w0, рассмотрим вероятные эффекты, которые можно ожидать при постановке соответствующих экспериментов, в частности, в случае наложения на пламя электрического поля или заряда по схемам, приведенным на рис. 115.
