Механізм впливу електричного поля на процес горіння

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Введення
На сучасному етапі розвитку людської цивілізації використання процесів горіння з метою отримання енергії, тобто спалювання різних видів палив, відіграє визначальну роль в енергетиці, на транспорті, у металургійній та інших галузях промисловості. Так, 70% всієї енергії, що виробляється в даний час в світі, виходить в результаті спалювання органічних палив.
Отже, актуальні зусилля, спрямовані на оптимізацію процесу горіння, з метою підвищення к.к.д. енергетичних агрегатів, зниження кількості шкідливих викидів з продуктами горіння.
З іншого боку, традиційні способи контролю і управління процесом горіння в значній мірі вже вичерпали себе і стають малоефективними. Теплова теорія горіння і теорія ланцюгових хімічних реакцій, створені в 20 - 50-і роки, відповідно працями Я.Б. Зельдовича, Д.А. Франк-Каменецького і М.М. Семенова, в основному добре описують властивості полум'я, але слабо пов'язані один з одним і не враховують низки чинників, здатних багато в чому визначати хід процесу горіння. До числа таких факторів можна віднести електричні властивості пламен, які, як показало їх експериментальне вивчення, можуть ефективно використовувати для контролю і управління процесом горіння.
Незважаючи на велику кількість робіт, присвячених впливу електричних полів на горіння, немає ясності у трактуванні отриманих результатів. Більше того, нерідко експерименти, поставлені, здавалося б, в однакових умовах, дають прямо провотівоположние результати. Відбувається це тому, що ігнорується власна електрична структура полум'я.
Метою роботи є виявлення і вивчення закономірностей впливу зовнішніх електричних полів на макроскопічні характеристики горіння органічних палив.
Основними завданнями були:
-Розробка схем накладення зовнішнього електричного поля на полум'я, що дозволяють здійснити максимальне впливу поля на полум'я, що горять у різних умовах;
-Експериментальне вивчення особливостей впливу спеціально організованих зовнішніх полів на процес горіння вуглеводневих палив;
На основі вивчення особливостей впливу на горіння електричних полів, можливе створення нових способів управління процесами горіння в енергетичних та технологічних агрегатах, що забезпечують зниження витрати палива, зменшення шкідливих викидів в атмосферу, інтенсифікацію процесу горіння-з одного боку, і підвищення ефективності засобів пожежної оборони, зниження витрати огнегасящіх речовин - з іншого.

Глава 1. Стан питання.
1.1 Іонообразованіе в полум'я.
Той факт, що полум'я має електричними властивостями, відомий дуже давно. Однак, тільки в нашому столітті, коли була в основному сформульована молекулярно-кінетична теорія речовини, стало ясно, що електричні властивості пламен обумовлені існуванням в них заряджених частинок - іонів і електронів. Спочатку припускали, що іонізація полум'я має термічну природу, тобто стимульована порівняно високими температурами, що розвивають при горінні.
Проте, ще в 1909 р. Ф. Габер припустив, що іони в полум'ї утворюються в результаті хімічної іонізації в реакції з участю радикалів З 2, СН, ВІН. Вимірювання концентрації іонів в полум'ї різних вуглеводневих палив, проведених у 50-ті роки, показали, що в залежності від умов горіння і виду палива воно становить 10 10 -10 12 см -3, тобто на 4-6 порядків перевищує концентрацію, яка повинна була б спостерігатися при чисто термічному механізмі іонізації.
Передбачалося також, що основним джерелом іонів можуть бути дрібні вуглецеві частки, що володіють приблизно такий же роботою виходу, як і графіт (4,35 кВ). Але це малоймовірно з трьох причин. По-перше, навіть найбідніші Пламена характеризуються високим ступенем іонізації. По-друге, в дифузійних полум'я максимальна концентрація заряду виявлена ​​в порівняно холодною зоні попереднього змішання, а не в гарячій вершині конуса, де відбувається сажеобразованіе. Нарешті, Калькот розрахував, що навіть якщо б весь вуглець в пальному перебував у вигляді частинок розміром 100 Å, то результуюча концентрація іонів все ще була б на два порядки нижче спостерігається.
Калькот, аналізуючи роботи різних авторів, присвячені освіті іонів в полум'ї, наводить характерний графік зміни концентрації іонів по зонах полум'я (рис.1). Можна вважати встановленим фактом, що максимум іонізації відповідає фронту полум'я, де протікають хімічні процеси, причому концентрація заряджених частинок різко падає по виході в зону продуктів згоряння, хоча в цій зоні і спостерігається максимальна температура. Співвідношення концентрації іонів в цих зонах оцінюють як 1000:1 [3].
В огляді Х. Калькота, що вийшов в 1957 р., розглянуто різні можливі механізми іонообразованія в полум'ї і доведено, що саме механізм хемііонізаціі відповідальний за аномально високу концентрацію іонів у полум'ї. У процесах такого роду частинки зазнають хімічну перегрупування, при якій звільняється кількість енергії, достатню для іонізації одного з продуктів реакції. Передбачається, що у разі пламен такий процес йде як побічна реакція між частинками, що бере участь в основній реакції горіння. Є досить велика кількість можливих з енергетичної точки зору реакцій, в яких беруть участь дві частинки в основному стані або одна в основному, а інша - у збудженому стані. Тому передбачається, що хемоіонізація, незалежно від того, супроводжується вона освітою збуджених частинок чи ні, є найбільш вірогідним джерелом іонізації пламен.
Після опублікування цього огляду був проведений цілий ряд експерементальних робіт, результати яких підтвердили важливе значення хемоіонізаціі. Енгель та Козенс вважали, що при зіткненні з коливально-збудженими частками електрони вільно можуть отримати додаткову енергію. Було розраховано, що в результаті балансу між енергією, отриманою від збуджених частинок, і енергій, втрачених при пружних зіткненнях, середні енергії електронів в полум'я можуть лежати в інтервалі 0,2 -1,2 еВ (2320 - 11600 К).
Багато експерименти з електростатичними зондами показують, що в деяких полум'я існують підвищені електронні температури. Так, наприклад, в недавній роботі Бредлі і Меттьюса, в якій використовувалися подвійні зонди при знижених тисках, були виявлені температури до 30000 К. У зв'язку з тим, що електрони, що володіють енергією, трохи перевищує потенціал іонізації можуть легко іонізувати атоми і молекули, Енгель і Козенс припустили, що ці електрони є джерелом іонізації в полум'я, де виявлено підвищені електронні температури. Дійсно, немає сумнівів у тому, що електрони при температурах порядку 30000 До викличуть іонізацію з великими швидкостями. Недавня робота, в якій досліджувалася іонізація в полум'я сумішей окису вуглецю і кисню з добавками вуглеводнів, показала, що в цих полум'я відбувається не тільки хемоіонізація, але й утворює значну кількість іонів О 2 +, які можуть виникати у присутності електронів при підвищених температурах. Передбачається, що останні з'являються в результаті взаємодії зі збудженими молекулами СО 2, які у свою чергу утворюють при рекомбінації молекул окису вуглецю з атомарним киснем.
Однак підвищені електронні температури були виявлені не у всіх полум'я з підвищеним ступенем іонізації. Більш того, при зміні швидкості іонообразованія були отримані плоскі плато, відповідні току насичення, при атмосферному тиску в широкому інтервалі прикладених напружень. При цьому напруженість поля в зоні горіння мала порядок кВ / см і, таким чином, була достатня для значного підвищення електронної температури. Це приводить до висновку, що в різних полум'я можуть грати важливу роль різні механізми іонообразованія. З'ясування ролі електронів підвищеної енергії як одного з можливих джерел іонізації потрібно подальшого випромінювання.
В даний час експериментальні дані показують, що найбільш імовірним механізмом є хемоіонізація, причому передбачається, що можуть протікати тільки екзотермічні або слабо ендотермічні реакції. Були запропоновані два механізми, сприятливі з термохімічної точки зору:
СН + О СНТ + + е -,
і
СН (А 2 Δ) + С 2 Н 2 З 3 Н 3 + + і - [19].
Інтерес до електрофізичних аспектам горіння почав швидко зростати з кінця 50-х років, коли стало ясно, що традиційні методи контролю і управління процесом горіння в значній мірі вичерпали себе. Нова експериментальна база дозволила порівняно швидко отримати ряд даних, що проливають світло на процеси іонообразованія в полум'я, проте, питання про роль заряджених частинок в процесі горіння залишається поки відритим.
Експериментально встановлено, що в полум'ї існує поділ зарядів [4,5], причому позитивний об'ємний заряд зосереджений в реакційній зоні (у фронті полум'я), а негативний - у предпламенной зоні, яку в подальшому будемо називати областю підготовки [6]. Передбачається, що поділ зарядів обумовлено Амбіполярна дифузією [7]. Носіями негативного заряду в полум'ї є електрони і негативні іони.
1.2 Вплив електричного поля на процеси горіння.
Стаціонарне гомогенне полум'я являє собою систему, що має в цілому нейтральним зарядом. Проте в самому ламінарному полум'я заряджені частинки розподілені нерівномірно: зона реакції і зовнішній конус характеризуються переважно позитивним зарядом, а внутрішній конус - переважно негативним. Такий поділ різнойменних зарядів викликано різною рухливістю позитивних іонів і негативних частинок - електронів і побічно підтверджує, що джерелом заряджених частинок є хімічна реакція, що розвиває у фронті полум'я. Утворили в результаті хімічної реакції позитивні іони через малу їх рухливості створюють переважно позитивний заряд в місці свого виникнення, тоді коли більш рухливі електрони, отримані в результаті тієї ж реакції, швидко залишають фронт полум'я і утворюють переважно негативний заряд у внутрішньому конусі [19] .
Наявність у полум'я заряджених частинок у досить високих (порівняно з рівноважною) концентраціях закономірно призводить до висновку про можливість впливу на процес горіння в цілому через локальний вплив на електрозаряженную компоненту, присутню в полум'ї. У принципі, таке електрофізичної вплив може бути здійснено двома шляхами: накладенням на полум'я електричних, магнітних або комбінованих полів, і введення в полум'я заряджених частинок ззовні.
Перше широке вивчення впливу на горіння електричних полів зроблено в роботах А. Е. Малиновського зі співробітниками [9-19] в 30-і роки XX століття. Ними було виявлено зміну швидкості горіння і швидкості поширення полум'я в поздовжніх і поперечних електричних полях, причому в залежності від схеми накладення поля спостерігалося як зменшення, так і збільшення цих параметрів. У деяких випадках швидкість горіння збільшилася до десяти разів [9], показана залежність ефекту впливу поля від тиску [16,19] і частоти прикладеного зовнішнього напруги [11,17], можливість гасіння полум'ям електричним полем [16,18].
Зазвичай при вивченні впливу електричного поля на процеси горіння для оцінки ступеня цього впливу застосовувався диференціальний метод, тобто визначається зміна яких-небудь характеристик горіння в залежності від напруженості прикладеного поля, віднесене до величини цих параметрів у відсутності поля. В якості таких характеристик горіння найбільш часто використовуються наступні: нормальна швидкість горіння і швидкість поширення полум'я, межі стабілізації та критичні витрати зриву, температура і ентальпія полум'я, концентрація збуджених частинок, іонів і радикалів, склад продуктів горіння та інші.
Майже у всіх роботах [3,11,20] констатується сильний вплив електричного поля на досліджувані характеристики горіння, причому ступінь цього впливу залежить від концентрації палива в горючій суміші, досягаючи максимуму в тому випадку, коли реалізується дифузійне горіння.
Істотний вплив на спостережувані ефекти надає напрямок поля щодо напряму лінії струму полум'я (зазвичай говорять про поздовжньому і поперечному електричному полі), а також полярність електродів, між якими створюється поле. Останнє обумовлено тим, що рухливість носіїв заряду протилежних знаків у полум'я в різних умовах може сильно відрізнятися.
1.3 Ймовірний механізм впливу електричного поля на поширення полум'я.
Аналізу можливих механізмів впливу електричного поля на процес горіння присвячені роботи [19,20]. У принципі, зміна характеристик процесу горіння в електричному полі можуть бути пояснені наступними причинами:
1. «Іонний вітер», тобто виникнення при включенні поля спрямованого руху іонів і захоплюємося ними нейтральних частинок уздовж силових ліній поля. Іонний вітер, таким чином, змінює режим течії газу, в результаті чого можуть змінитися форма і швидкість поширення полум'я, а також масова швидкість горіння;
2. Перетворення в обсязі полум'я енергії електричного поля в теплову, в результаті чого підвищується температура і, відповідно до закону Арреніуса , Збільшується швидкість хімічних реакцій;
3. Прямий вплив електричного поля на швидкість хімічних реакцій, наприклад, внаслідок поляризації реагують частинок і їх активації, здійснюваної за допомогою зіткнень з електронами, які в полі набувають деяку додаткову енергію.
Що стосується поляризації часток в електричному полі, то цей процес в якійсь мірі безсумнівно існує, тим більше що частки в полум'ї здебільшого являє собою полярні молекули і радикали. З точки зору розвитку хімічної реакції поляризація реагують частинок є фактором, сприятливим хімічному впливу соударяющихся частинок.
Мабуть, на процес поширення полум'я електричне поле впливає одночасно як за допомогою іонного вітру і перетворенням енергії електричного поля в теплову, так і прямим впливом на кінетику хімічних реакцій, хоча визначальний вплив при відповідній напруженості поля і його напрямку може надавати один з названих процесів. При зміні напруженості і напрямку поля може виявитися, що починає переважає інший процес.
На жаль, теорія цього питання відсутня, тому що реальна структура полум'я поки невідома, немає даних про електричні, магнітних і енергетичних константах часток, що перебувають у полум'ї, а також про протікають елементарних процесах, не кажучи вже про таку складну суперпозиції полів, як електричне, температурне і концентраційне.
Розглянемо варіанти накладення електричного поля та електричного заряду на пальник з можливою зміною їх спрямування і знака заряду. На рис. 2 представлені чотири варіанти накладення поля і заряду.
У варіанті а поле створюється між негативно зарядженої пальником і позитивним електродом, встановленим у "хвості" полум'я. Таким чином організовується рух позитивних іонів до пальника вниз і електронів вгору.
У варіанті б полум'я поширюється від позитивно зарядженої пальника до негативного електрода. У цьому випадку до пальника потрапляє потік електронів, а позитивні іони отримають додаткову кількість руху по ходу потоку.
Варіанти в і р відрізняються відсутністю другого електрода і накладенням електричного заряду на пальник. У варіантах б і г полум'я гранично чітко розглядається як індивідуальна система, яка містить електрично заряджені частинки і здатна до збурень і спотворень у своїй структурі під дією слабкого електричного поля.
У варіанті в пальник має негативний заряд, отже, позитивні іони з обсягу полум'я будуть прагне до пальника; у варіанті р повинна спостерігатися зворотна картина: до позитивно зарядженої пальнику з полум'я кинеться потік електронів.
Експерименти, поставлені за схемами в і р, цікаві тим, що, по-перше, виключається можливий вплив на кінетику хімічних реакцій теплового ефекту, одержуваного в результаті перетворення енергії електричного поля при проходженні струму через полум'я в теплову, по-друге, змінюючи знак електричного заряду на пальнику, можна диференційовано і більш чітко виявити вплив іонного вітру на процес поширення полум'я.
Отже, створюються передумови для визначення впливу наявних у полум'ї заряджених частинок на кінетику хімічних реакцій, так як підвищення температури полум'я за рахунок перетворення електричної енергії в теплову виключено, а вплив іонного вітру можна врахувати, змінюючи знак електричного заряду на єдиному електроді-пальнику.
Перш ніж перейти до аналізу впливу електричного поля на процес поширення полум'я, необхідно на прикладі ламінарного гомогенного полум'я розглянути взаємозв'язок величин, що входять в рівняння Гуи-Міхельсона, і їх вплив на зовнішні характеристики полум'я.
Відомо, що нормальна швидкість u н є характеристикою процесу горіння і визначається кінетикою хімічних реакцій і температуропровідність середовища:
(1)
де - Середня швидкість хімічної реакції;
а - температуропровідність.
З іншого боку, відповідно до постулатом Гуи ламінарних гомогенних пламен справедливе співвідношення
= , (2)
де S до - поверхня фронту полум'я (внутрішнього конуса);
v-витрата горючої суміші.
Таким чином, для суміші даного виду, складеного з конкретного палива і окислювача u н = const, при сталості її витрати v і без зміни зовнішніх енергетичних умов поверхня внутрішнього конуса S k і його висота h k - величини постійні при збільшенні швидкості горіння суміші висота h k і необхідна поверхня внутрішнього конуса S k будуть зменшуватися. Зменшення S k спостерігається і при зменшенні витрат суміші постійного складу (u н = const). Отже, зв'язок між параметрами, що характеризують поширення ламінарного гомогенного полум'я, можна представити в наступному вигляді:
;
. (3)
Іншими словами, при сталості вхідних умов (гідродинамічних, теплових і концентраційних) зменшення або збільшення поверхні фронту горіння відбувається в результаті збільшення або зменшення u н, тобто відповідно до співвідношення (1) u н знаходиться в залежності від температуропровідності і швидкості хімічної реакції.
Розглянемо поширення гомогенного полум'я в поздовжньому електричному полі і за наявності одного заряду на пальнику у відповідності зі схемами, показаними на рис. 2, з метою індивідуальної оцінки впливу поля за такими характеристиками, як швидкість горіння і межі стійкості полум'я по зриву і проскоку.
У процесі аналізу припустимо, що в кожному випадку вплив електричного поля на поширення полум'я представлено наступними чинниками.
Іонний вітер
Механічне збільшення потоком позитивних іонів всієї маси газів до негативного електрода-пальнику в разі накладення поздовжнього електричного поля за схемою а (см.ріс 2) повинен викликати зменшення висоти внутрішнього конуса і поверхні горіння S k, і навпаки, при схемі б, коли пальник під позитивним потенціалом, слід очікувати збільшення k h і S k.
Відповідно до співвідношеннями (2) та (3) при сталості вхідних і зовнішніх умов такі зміни h k і S k пояснюються тільки зміною u н, тобто збільшенням або зменшенням нормальної швидкості полум'я.
З точки зору теплової теорії ефект іонного вітру можна пояснити тим, що позитивні іони, тягнучи за собою масу розжарених газів при накладенні поля за рис. 2, а, наближають зону з більш високою температурою до пальника, в результаті чого створюються умови для більш інтенсивного теплообміну між розпеченими продуктами згоряння і свіжою горючою сумішшю. Це в свою чергу викликає прискорення реакції і зсув фронту полум'я ближче до пальника, при накладенні поля за рис. 2, б зона з більш високою температурою зміщуватиметься вгору, так як іони захоплять за собою до катода нейтральну масу розжарених газів Теплообмін зі свіжою сумішшю в цьому випадку погіршитися, розвиток горіння сповільниться і фронт полум'я збільшить поверхню горіння.
При накладення заряду на пальник за рис. 1, в і р можливі зміни h k і S k, що відбуваються за рахунок електричного взаємодії позитивних іонів з зарядом на пальнику, можуть бути пояснені також, як і вплив поля. Однак ефект зміни S k виявиться значно слабкіше.
Розглянемо вплив електричного поля і заряду за межею стійкості по зриву і проскоку полум'я, стабілізованого на пальнику, беручи за основний механізм дії іонний вітер. Найпростішим умовою сталого горіння є рівність
У випадках, розглянутих на рис.2, а і в, відповідно до проведеного аналізу впливу поля на швидкість горіння і прийнятої трактуванням іонного вітру, слід очікувати розширення галузі сталого поширення в бік більш високих критичних швидкостей зриву і її звуження за рахунок збільшення критичної швидкості , відповідної проскоку полум'я. Потік позитивних іонів, тягнучи за собою масу розжарених газів, буде сприяти стабілізації полум'я на негативно зарядженої пальнику.
У разі позитивного заряду на пальнику (див. рис 2, б і г) потік позитивних іонів і маса нейтральних розпечених газів будуть прагне зірвати полум'я з пальника, тобто область стійкого горіння звужуватиметься за рахунок зменшення критичної швидкості зриву. Разом з тим у цих варіантах область стійкого горіння може розширяться в результаті зменшення критичної швидкості проскакування полум'я в пальник.
Якщо розглядати стабілізована на електролізованном кільці полум'я, піднесений на деяку висоту над пальником (варіант "висить" полум'я), то накладення поздовжнього електричного поля за схемою на рис.2, а, повинно викликати стабілізацію полум'я на гирлі пальника під дією іонного вітру. Того ж самого, але при більш високому значенні потенціалу можна очікувати при накладенні на пальник електричного заряду за рис. 2, ст.
Однак при накладенні поздовжнього електричного поля по рис.2, б і заряду по рис.2, г стабілізація попередньо зірваного полум'я на позитивно заряджену пальник - процес нездійсненний, якщо його не пояснювати іонним вітром, навпаки, поле (див. рис.2, б ) і заряд (див. рис.2, г), якщо слідувати поняттю іонного вітру, повинні сприяти подальшому зриву полум'я.
У таблиці 1 наведені ті ймовірні експериментальні ефекти, які можна очікувати при поширенні полум'я в електричному полі, припускаючи, що визначальним чинником є ​​один з трьох механізмів впливу. з № 2в, 2г, 3а та 3в, хоча і характеризуються відсутністю впливу поля на поширення полум'я, але тільки в першому наближенні, так як при накладанні на пальник негативного заряду (варіант 2в) через полум'я потече струм позитивних іонів, а у варіанті 2г - струм електронів. У принципі при цьому русі до пальника заряджені частинки будуть відчувати пружні зіткнення і в якійсь мірі підвищувати ентальпію полум'я.
При розгляді варіантів № 3а та 3в також припускаємо, що вплив електричного поля на поширення полум'я було відсутнє, хоча при цьому не враховували такий чинник, як поляризація хімічно активних частинок під дією електричного поля, що сприяють розвитку хімічних процесів. У цих варіантах вплив електричного поля пояснюється непружних зіткнень електронів з частинками, але так як у варіантах № 3а та 3в електрони не можуть проходити через свіжу суміш, а у відповідності з напрямком поля прискорюються в бік продуктів згоряння, то їхній вплив на підготовку до горіння свіжої суміші буде ослаблено полем.
Аналіз таблиці 1 дозволяє зробити наступні висновки:
1. кожен з трьох механізмів вплив електричного поля на процес поширення полум'я визначається напрямом поля;
2. в залежності від напрямку поля в реальних системах, коли
на поширення полум'я можуть впливати всі три фактори,
можна виділити домінуючі процеси [19].
Гіпотеза про пряме вплив електричного поля на кінетику процесу горіння є логічним наслідком гіпотези Томсона [2] про активну роль іонів і електронів в процесі горіння. Передбачалося, що завдяки електронам і іонів, які виникають у фронті полум'я, гаряча суміш готується до вступу в реакцію, і, отже, заряджені частинки визначають процес поширення полум'я. Для підтвердження своєї гіпотези Д. Томсон поставив експеримент з опромінювання гримучого газу вторинними електронами, вибивані рентгенівськими променями з свіжопрожареним платинової зволікання. У результаті стався вибух воднево-кисневої суміші. І хоча надалі експеримент був визнаний некоректним (реакцію горіння водню, що спостерігається Томсоном, пояснили каталітичним впливом платини [13]), ця гіпотеза набула прихильників і стала основою для пояснення багатьох ефектів, що виникають при накладенні на полум'я електричного поля. Так, результати роботи [9], в якій показано, що полум'яна метану, ацетилену та етилену в поперечному полі з різницею потенціалів 50 - 1800 В (при міжелектродному зазорі 4,85 см) гаснуть, автори пояснюють наступним чином: оскільки заряджені частинки відповідальні за поширення полум'я, будучи передавачами енергії до свіжої суміші, оскільки при накладенні поперечного поля електрони та іони, що народжуються у фронті, будуть видалятися із зони горіння на електроди, в результаті чого їх концентрація зменшиться настільки, що при досягненні критичної напруженості поля горіння припиниться - полум'я гасне .
На користь гіпотези про прямій дії поля на горіння свідчать результати робіт з вивчення впливу поля на період індукції та температуру самозаймання рідких [18,22] і газоподібних палив. У них показано, що в залежності від напрямку поля період індукції та температури самозаймання можуть збільшитися або зменшаться в порівнянні з тими ж параметрами, за відсутності поля. Отримані результати автори пояснюють участю негативних іонів в процесі повільного окислення.
Підсумовуючи все вищевикладене, слід вказати, що дві основні точки зору на механізм впливу електричного поля на процес горіння (вплив на газодинаміку процесу або прямий вплив на кінетику реакції) є відображенням двох більш загальних концепцій щодо ролі і місця заряджених частинок в процесі горіння, одна з яких заперечує, а друга передбачає участь заряджених хімічно активних часток у механізмі окислення і горіння.
Заперечувати істотний вплив масових сил, що виникають в газі при накладенні на полум'я електричного поля, на процес горіння, особливо, коли напруженість поля велика, але локальний пробій у електродів не виникає, очевидно, не можна, тим більше, що в багатьох експериментах полі накладено таким чином , що якого-небудь іншого впливу поля, окрім як через механізм іонного вітру, очікувати важко.
Справа в тому, що в цитованих дослідженнях полі накладається інтегрально на всі полум'я, а в цьому випадку в результаті екранування поля зарядженими частинками, які є в області догорання, напруженість поля в реакційній зоні і в галузі підготовки буде близька до нульової [3]. Очевидно, що таке поле здатне вплинути на кінетику реакцій тільки в зоні догорання, тобто там, де основні процеси в тому числі і за участю іонів практично завершено.
Разом з тим, не менш очевидно, що кінетичний механізм впливу поля здатний вплинути на макроскопічні параметри горіння тільки тоді, коли вдасться створити поле з напруженістю, достатньої для помітного поділу зарядів саме в реакційній зоні і - у світлі останніх досліджень процесу іонообразованія в полум'я - у галузі підготовки. При цьому бажано, щоб напруженість поля в зоні догорання була невеликою, тому що дозволила б уникнути спотворює впливу іонного вітру.

Висновок і завдання дослідження.
Аналіз сучасного стану питання дозволяє зробити наступні висновки:
-Існуюча в полум'я нерівноважна іонізація обумовлена ​​процесом хемііонізаціі, причому концентрація заряджених частинок в полум'ї залежить від виду палива і умов горіння і може перевершувати рівноважну на 4-6 порядків;
-В полум'ї відбувається розділення зарядів, внаслідок чого полум'я має власне електричне поле складної конфігурації;
-Вплив зовнішніх електричних полів на заряджену компоненту полум'я призводить до зміни макроскопічних параметрів горіння.
Разом з тим, аналіз численних робіт, присвячених вивченню електрофізичних впливів на різні полум'яна, дозволяє констатувати, що в більшості досліджень ігнорується складна електрична структура полум'я, електричні поля накладаються інтегрально, тобто на всі полум'я в цілому. При цьому основне падіння напруги зосереджено між зовнішньою зоною горіння полум'я і продуктами горіння, тобто в область підготовки поле не проникає. Очевидно, що при використанні таких схем накладення поля (поле впливає на область догорання, в якій хімічні реакції в основному завершені) основним механізмом впливу поля на горіння є механізм іонного вітру. Однак, на нашу думку, це не дає підстав стверджувати, що вплив електричного поля на горіння обмежується тільки цим механізмом.
В експерименті досліджувані палива були умовно розділені на три класи: сильно коптить - бензол, середньо коптять небо - гексан, мало що коптить - метанол.

Література.
1. Фіалков Б.С., Пліцін В.Т. Кінетика руху і характер горіння коксу в доменній печі.-М.: Металургія, 1971.-288с.
2. Tomson JJ, Tomson GP Condactivity of Electricity Fhrougy Gases.-1928.-Vol.1
3. Лаутон Дж., Вайнберг Ф. Електричні аспекти горенія.-М.Енергія, 1976.-296с.
4. Фіалков Б.С., Щербаков Н.Д., Пліцін В.Т. Розподіл електричного потенціалу в вуглеводневих полум'я / / ФГВ .- с1978.-Т.14, в.2.-с.104-108.
5. Лавров Ф.А., Малиновський А.Е. Вплив поздовжнього електричного поля на процес горіння газових сумішей. / / ЖФХ.-1933.-т.4, в.1.-с.104-108.
6. Фіалков Б.С., Щербаков Н.Д. Розподіл позитивних іонів в полум'я сумішей пропан-бутану з повітрям. / / ФГВ.-1980.-т.54, В.10. -З. 2655-2659.
7. Кідін Н.І., Лібровіч В.Б.О власному електричному полі ламінарного полум'я. / / ФГВ.-1974.-т. 10, ст. 5. -З .696-705.
8. Кідін Н.І., Міхвіладзе Г.М. . Електричне поле ламінарного полум'я з великим ступенем іонізації. / / ФГВ.-1976.-т. 12, в.6. -С.865-871.
9. Малиновський А.Е., Лавров Ф.А. Про вплив електричного поля на процеси горіння в газах. / / ЖФХ. -1931. -Т.2, В.3-4. -С.530-534.
10. Малиновський А.Е., Россихин В.С., Тимковський В.П. Вплив змінного електричного поля високої частоти на швидкість горіння газу. / / Рис. -1934. -Т.4, в.2. -С.183-188.
11. Малиновський А.Е., Россихин В.С., Косинець Б.І. Дослідження горіння суміші ацітілена з повітрям у магнітному полі. / / Рис. -1934. -Т.4, в.2. -С.189-192.
12. Малиновський А.Е., Скрипніков К.А. До питання про можливість запалювання гримучого газу рентгенівськими фотоелектронами. / / Рис. -1934. -Т.4, в.2. -С.192-197.
13. Малиновський А.Е., Ткаченко К.Т. Перенесення іонів вибуховою хвилею. / / Рис. -1934. -Т.4, в.2. -С.198-202.
14. Малиновський А.Е., Косинець Б.І., Ткаченко К.Т. Фотореєстрації швидкості поширення вибухової хвилі в електричному полі. / / Рис. -1934. -Т.4, в.2. -С.203-207.
15. Малиновський А.Е., Єгоров К.Є. . Вплив електричного поля на процеси горіння при підвищеному тиску. / / Рис. -1934. -Т.4, в.2. -С.208-214.
16. Малиновський А.Е., Россихин В.С., Тимковський В.П. Вплив частоти електричного поля на швидкість горіння газів. / / Рис. -1934. -Т.4, в.2. -С.208-214.
17. Малиновський А.Е. Теплове запалення газових сумішей. / / Соціалістична реконструкція і наука. -1935. -В.7. -744-746.
18. Малиновський А.Е., Косинець Б.І., Ткаченко К.Т. Дослідження іонізації і тиску на фронті вибухової хвилі. Вибухова хвиля преддетоціонного періоду. / / Рис. -1936. -Т.6,-В.3. -З 287-290.
19. Степанов О.М., Дьячков Б.Г. Іонізація в полум'ї і електричне поле. - М.: Металургія., 1968 р. - 310 с.
20. Гейдон А.Г., Вольфгард Х.Г. Полум'я, його структура, випромінювання і температура. - М.: Металлургиздат, 1959. -333 С.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Курсова
63.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Дослідження впливу частоти змінного електричного поля на яскравість люмінесценції різних люмінофорів
Потенціал електричного поля
Метод природного електричного поля
Дослідження температурного поля зовнішнього кута методом електричного моделювання
Особливості впливу електричного струму на організм людини
Особливості впливу електричного струму на організм людини
Механізм впливу сонячної активності на земні процеси
Природа джерела механізм взаємодії з речовиною особливості впливу на організм людини 2
Природа джерела механізм взаємодії з речовиною особливості впливу на організм людини
© Усі права захищені
написати до нас