Е.И. Минтусов, студент V курса; А.Ю. Стариковский, д. ф.-м. н.
Московский Физико-Технический Институт
Влияние электрического поля на поведение пламени широко исследуется уже давно. Главной задачей большинства работ в этой области является применение электрического поля для стабилизации пламён, расширения пределов воспламенения [1]; изменения состава продуктов сгорания [2]; увеличения скорости горения или светимости пламени.
Целью настоящей работы являлось изучение влияния постоянного электрического поля на процесс горения. Измерения проводились в диффузионном стационарном пламени, при напряжениях на электродах от 0 до 2,5 кВ и при расстояниях между электродами 5-10 см. Характерные расходы воздуха составляли 500 см3 (скорость порядка 10 см/сек) в секунду, а пропана - около 1 см3/сек. (скорость порядка 1 см/сек).
Было установлено, что при отрицательной полярности напряжения на
высоковольтном электроде в данном диапазоне напряжений пламя оставалось
стационарным при любой своей высоте. При положительной же полярности
высоковольтного электрода при напряжениях, превышающих некоторое
критическое (1100-2500 вольт, в зависимости от межэлектродного
расстояния и расхода пропана), наблюдались колебания высоты пламени.
Пламя представляет собой слабоионизованную квазинейтральную плазму с концентрацией зарядов порядка 107 см-3. В случае положительной полярности верхнего электрода область, заполненная отрицательными ионами, приближается к аноду, а положительная область растягивается. Это приводит к увеличению высоты пламени, которое продолжается до момента касания высоковольтного электрода. После этого почти все отрицательно заряженные ионы, локализованные в узкой области, рекомбинируют на аноде. В межэлектродном промежутке в основном остаются положительно заряженные ионы, которые начинают двигаться по направлению к заземленному электроду (катоду), создавая объёмную силу, действующую на поток газа, и вызывя периодические колебания высоты пламени.
Таким образом, в работе было исследовано горение пропано-воздушной смеси в режиме медленного ламинарного диффузионного пламени и изучено поведение пламени в постоянном электрическом поле. Найдены диапазоны параметров, при которых поле оказывает существенное воздействие на характеристики пламени. Предложена модель процесса, объясняющая наблюдаемые явления изменением газодинамики пламени под действием внешних электростатических сил.
Литература
- Calcote, H.F, and Berman, C.H. (1989). Increased methane-air stability limits by a DC electric field, ASME Fossil Fuels Combustion Symposium PD 25, 25-31.
- Berman, C.H., Grill, R.J., and Calcote, H.F. (1991). NOx reduction in flames stabilized by an electric field, ASME Fossil Combs. Symposium, 3rd Energy-Sources Technology Conference, Houston, TX.
