Ионизация в пламени и электрическое поле - Степанов К.М.
Скачать (прямая ссылка):
Многочисленные наблюдения показывают, что при наложении на газо-воздушное пламя продольного электрического поля высота пла-
Рмс. 117. Изменение геометрии потока твердых частиц при наложении на него 'электрического поля: а — постоянное поле: 6 — пере-менное [14]
Асакава И. Дзитося то Сейби (яп.). 1961, т. 15, ,\9 5.
222
Рис. 118. Раскрытие струи твердых частиц в зависимости от налагаемого потенциала:
а _ без потенциала;
б — прн 20 кв; в — при 40 ли: ¦' — при 1>0 кв; д — при 80 кв
5 10 15 20
Напряжение, кб
25
Рис. 119. Уменьшение высоты пламени городского газа; постоянное электрическое поле [14]
мени уменьшается. Наиболее подробно процесс изменения высоты различных пламен под действием постоянных и переменных электрических полей исследовал Лсакава [14].
Налагая на бунзеновскую горелку высокое постоянное напряжение Асакава наблюдал уменьшение высоты ламинарного пламени городского газа. Как видно из рис. 119,
при увеличении потенциала до 15 кв ——————i—
высота пламени уменьшалась вдвое. При этом отмечалось приращение отрицательного напора в горелке. К сожалению, автор [14] не указал знак потенциала на горелке, что важно для объяснения процесса.
В связи с этим можно сослаться на наблюдения Степанова, в соответствии с которыми высота внутреннего конуса гомогенного пламени городского газа уменьшалась на 15— 20 мм при наложении электрического поля ( + 36 кв на горелке); при ————— наложении на горелку отрицательного потенциала (—36 кв) уменьшение высоты конуса составило 25—30 мм (при общей высоте внутреннего конуса 120 мм). Уменьшение высоты пламени под действием электрического поля (на горелке +30 кв и —30 кв) наблюдалось также при сжигании бензина: при наложении на горелку отрицательного потенциала высота пламени сокращалась в 5—6 раз, в случае положительного потенциала на горелке — в 3—4 раза. Следовательно, высота пламени уменьшается при наложении электрического поля независимо от его направления.
Асакава провел также наблюдения за изменением высоты пламени в переменном электрическом поле. Динамика изменения геометрии пламен различных топлив в зависимости от напряжения дана на рис. 120. Характер изменения высоты пламени зависит, как это видно из рис. 120, не только от значения потенциала, но и от метода его наложения на пламя. При этом наблюдается уширение пламени (рис. 120, г).
Однако наблюдаемые изменения геометрии пламени в электрическом поле пока еще не дают оснований однозначно трактовать механизм влияния поля (см. таблицу на стр. 220). Здесь, видимо, будут к месту слова Гейдона и Вольфгарда [17, стр. 299], которые отражают мнение широкого круга исследователей: «Механическое движение
15 Заказ СО
225
газа (вызванное электрическим ветром) может и распространения пламени, но не нормальную скорость. Кроме того. S мёГние формы пламени, а следовательно, и площади его поверхности может изменить общую скорость процесса сгорания, а отсюда
Рис 120 Изменение геометрии пламени при наложении на него
высокого напряжения: а - в зависимости от расстояния между полюс?"н;. **: ' _ / Z
?-\>3^=^?j^^ ^ЖЪ: ,-.00; , -
130 L i J
и скорость распространения пламени... Кроме того, любое изменение кривизны фронта пламени может изменить нормальную скорость пламени; она увеличится, если фронт пламени обращен вогнутостью к не-сгоревшим газам, и уменьшится, если он обращен к ним выпуклостью. Это объясняется различной теплопередачей и диффузией радикалов в криволинейных фронтах пламени».
226
Однако к этому также необходимо добавить, что «электрический ветер» (ионный ветер) есть не что иное как «...механическое движение... вызванное тем, что... положительные ионы, имеющие размеры молекул, при соударениях с обычными молекулами могут передать им свое количество движения, в результате чего весь объем газа увлекается в направлении движения положительных ионов. Значительно более легкие электроны не в состоянии сбалансировать этот эффект» [17, стр. 299].
В соответствии с этим уменьшение высоты пламени должно было бы наблюдаться лишь в единственном случае, когда горелка заряжена отрицательно. Результаты наблюдений, приведенные выше, показывают, что уменьшение высоты пламени происходит и в том случае, когда горелка заряжена положительно, и тогда, когда пламя распространяется в переменном электрическом поле. Поэтому к трактовке влияния электрического поля по Гендону и Вольфгарду надо относиться осторожно.
Вернее всего, что влияние электрического поля, осуществляемое посредством ионного ветра, является лишь частным случаем и необходимы дополнительные исследования для того, чтобы оценить все возможные стороны процесса взаимодействия заряженных частиц в пламени, распространяющемся в электрических полях различного направления и структуры.
3. Горение в электрическом поле
Выдвинутая Тафтсом [247] гипотеза о связи процесса образования заряженных частиц в пламени с химической кинетикой горения впервые получила свое экспериментальное развитие в работах Дэвидсона [152] и Хабера [173], которые обнаружили повышенную концентрацию заряженных частиц в зоне химических реакций. Калькот [37], анализируя работы различных авторов, посвященные образованию ионов в пламенах, приводит характерный график изменения концентрации ионов по зонам пламени (рис. 121). Можно считать установленным фактом, что максимум ионизации соответствует фронту пламени, где протекают химические процессы, причем концентрация заряженных частиц резко падает по выходе в зону продуктов сгорания,
