Ионизация в пламени и электрическое поле - Степанов К.М.
Скачать (прямая ссылка):
При наложении заряда на горелку по рис. 115, в и г возможные изменения SK и /гь-, происходящие за счет электрического взаимодействия положительных ионов с зарядом на горелке, могут быть объяснены так же, как и влияние поля. Однако эффект изменения SK окажется значительно слабее.
Рассмотрим влияние электрического поля и заряда на пределы устойчивости по срыву и проскоку пламени, стабилизированного на горелке, принимая за основной механизм воздействия ионный ветер.
212
Простейшим условием устойчивого горения является равенство
"и — Wm>T-
В случаях, рассмотренных на рис. 115. о и в, в соответствии с проведенным анализом влияния поля на скорость горения н принятой трактовкой ионного ветра, следует ожидать расширения области устойчивого распространения пламени в сторону более высоких критических скоростей срыва п ее сужения за счет увеличения критической скорости, соответствующей проскоку пламени. Поток положительных ионов, увлекая за собой массу раскаленных газов, будет содействовать стабилизации пламени на отрицательно заряженной горелке.
В случае положительного заряда на горелке (см. рис. 115, б и г) поток положительных ионов н масса нейтральных раскаленных газов будут стремиться сорвать пламя с горелки, т. е. область устойчивого горения будет сужаться за счет уменьшения критической скорости срыва. Вместе с тем в этих вариантах область устойчивого горения может расширяться в результате уменьшения критической скорости проскока пламени в горелку.
Если рассматривать стабилизированное на электроизолнрованном кольце пламя, приподнятое на некоторую высоту над горелкой (вариант «висящего» пламени), то наложение продольного электрического поля по схеме на рис. 115, а, должно вызвать стабилизацию пламени на устье горелки под действием ионного ветра. Того же самого, но при более высоких значениях потенциала можно ожидать при наложении на горелку электрического заряда по рис. 115, в.
Однако при наложении продольного электрического поля по рис. 115, б и заряда по рис. 115, г стабилизация предварительно сорванного пламени на положительно заряженную горелку — процесс неосуществимый, если его объяснять ионным ветром; напротив, поле (см. рис. 115, б) и заряд (см. рис. 115, г), если следовать понятию ионного ветра, должны содействовать дальнейшему срыву пламени.
Превращение энергии электрического поля в тепловую
При наложении продольного электрического поля по рис. 115, а или б через пламя проходит электрический ток. Так как пламя представляет собой сопротивление, то при протекании через него тока должно выделиться некоторое количество тепла, идущее на повышение энтальпии (теплосодержания) пламени. В результате его температура несколько
213
повысится, что увеличит скорость горения смеси независимо от направления поля: при наложении поля по рис. 115, я и б надо ожидать увеличения скорости горения и, как следствие, уменьшения поверхности горения S,;. Этот эффект должен прогрессировать с увеличением силы тока, проходящего через пламя, включая область дугового разряда, где он получает наиболее яркое выражение.
Однако при наложении на горелку электрического заряда по рис. 115, в п г электрическое поле характеризуется слабой напряженностью. Поэтому в этих вариантах нет основания рассматривать превращение энергии электрического поля в тепловую энергию и воздействие этого процесса на распространение пламени.
Таким образом, в вариантах, изображенных на рис. 115, в и г, нельзя объяснить возможное изменение скорости горения и поверхности горения превращением энергии электрического ноля в тепловую. При наложении поля по рис. 115, о и б с учетом одного лишь фактора превращения энергии электрического поля в тепловую можно ожидать только увеличения скорости горения и, следовательно, уменьшения поверхности горения S,t независимо от направления поля.
Наложение поля по рис. 115, а и б, так же как и при рассмотрении влияния поля на скорость горения, должно расширять пределы устойчивости в сторону более высоких значений критических скоростей срыва независимо от направления электрического поля. В связи с предполагаемым повышением температуры пламени при наложении поля критическая скорость проскока должна увеличиться.
При наложении на горелку заряда по рис. 115, виг рассматриваемый механизм воздействия поля на распространение пламени посредством превращения энергии поля в тепловую вообще нельзя использовать как объяснение возможного изменения пределов устойчивости: они не должны изменяться, так как ток, идущий через пламя, отсутствует.
Особо необходимо отметить влияние электрического поля на процесс распространения пламени при наличии тлеющего разряда (стр. 26). Как уже упоминалось, при тлеющем разряде в узкой области катодного падения напряжения (см. рис. 115, а — у горелки и рис. 115, б— у верхнего электрода) наблюдается сильный локальный разогрев газа. Если этот процесс развивается в среде еще не сгоревшей горючей смеси, то в результате возникает локальный очаг горения, влияющий на весь процесс распространения пламени.
