Влияние электростатического поля на ламинарное горение углеводородных жидкостей

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ЛАМИНАРНОЕ ГОРЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Казань 2011

Работа выполнена в Вятском государственном университете

Научный руководитель: - доктор технических наук, профессор

Решетников Станислав Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Крюков Виктор Георгиевич

доктор технических наук, профессор

Шайкин Александр Петрович

Ведущая организация:

ФКП "Государственный научно-исследовательский институт химических продуктов"

Защита состоится _____2 марта_____2011___года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д212.079.02 при Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева по адресу 420111, г.Казань, ул. К.Маркса 10 (зал заседания ученого совета)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке КГТУ им. А.Н.Туполева

Электронный вариант автореферата размещен на сайте Казанского государственного технического университета (www.kai.ru)

Автореферат разослан ____________ г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кандидат технических наук,

доцент

А.Г. Каримова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Сжигание жидких углеводородов является основным процессом при работе тепловых технических устройств. Применяются различные методы контроля и управления тепловыми и химическими процессами, происходящими в зоне горения с целью оптимизации работы энергетических установок. Наиболее распространенные способы заключаются во введение дополнительных конструктивных элементов в камеры сгорания. Существуют и менее разработанные подходы. К ним относятся наложение электрических и магнитных полей различной конфигурации на зону горения. Эти методы, в некоторых случаях, дают результаты, трудно достижимые с помощью классических приемов. Приводятся исследования указывающие, что наложение электрического поля на зону горения может снизить выбросы угарного газа и оксидов азота соответственно на 60 и 40%. Изучение и описание механизма действия электрического поля на процесс горения даёт возможность производить целенаправленные мероприятия по управлению параметрами горения жидкого топлива внешним электрическим полем. Они включают в себя исследование результатов локального влияния поля на хемоплазму пламени, на жидкую фазу до сжигания (предварительная обработка полем), и на механизм и динамику фазового перехода. Преимуществом электростатического управления горением является то, что создаваемое поле почти не требует затрат энергии на его поддержание.

В литературе имеется множество данных по влиянию электрического поля на процесс горения. Огромный вклад в изучение данного вопроса внесли Гуляев Г.А., Попков Г.А., Шебеко Ю.Н.,Абруков С.А., Исаев Н.А., Качушкин В.И., Ксенофонтов С.И., Афанасьев В.В., Максимов Н.Н., Максимов Ю.Я, Малунов В.В., Марченко Г.Н., Медведев Н.А., N. Volkov, A.V. Sepman , V.N. Kornilov, A.A. Konnov, Y.S. Shoshin, L.P.H. de Goey, S.D. Marcum, B.N. Ganguly, E.P. Ilchenko, V.G. Shevchuk, И.К. Федосеева, В.Г. Ионов, О.И. Дунева., Д. Саламандра, Н.М. Венцтель, И.К. Федосеева, Фиалков А. Б., Фиалков Б. А. и др. Большинство исследователей работали с газофазными топливами, это позволило им выявить механизм влияния поля на пламя. Малое количество работ посвящено изучению горения конденсированных веществ в электростатических полях. Отсутствуют экспериментальные данные по исследованию динамики и механизма фазовых переходов и теплофизических свойств топлива в электростатическом поле при горении.

Исходя из вышесказанного, данная работа посвящена исследованиям результатам локального действия поля на область пламени, область топлива и границу раздела фаз при горении жидких топлив и механизму изменения скорости горения при интегральным воздействии электростатического поля .

Целью работы является: на основе экспериментальных исследований установление закономерностей и механизма воздействия электростатического поля на процесс горения углеводородных жидкостей.

Для достижения данной цели решаются следующие задачи:

· разработка и изготовление экспериментального стенда для изучения горения жидких топлив, позволяющего определять скорость горения топлива при локальном воздействии электростатического поля на факел пламени, жидкую фазу и границу раздела фаз;

· экспериментальное исследование распределения потенциалов и температур в пламени и расчет формы факела при локальном действии электростатическим полем на хемоплазму;

· экспериментальное исследование влияния на скорость горения жидкости электростатического поля созданного в области жидкой фазы (предварительная электростатическая обработка);

· экспериментальное исследование влияния изменения скорость горения жидкости, при действии электростатического поля на границу раздела фаз;

· выявление механизма действия электростатического поля созданного на границе раздела фаз при горении жидкостей на основании экспериментов по визуализации скоростной видеосъёмкой формы пламени, поверхности горения и предпламенной зоны горения.

Методы исследования. Измерение массовой скорости выгорания жидкости методом скоростной видеозаписи, микротермопарное измерение температурных полей, замер электрических потенциалов пассивным зондом, с последующим сбором данных и обработкой их при помощи измерительно-вычислительного комплекса. Скоростная киносъёмка и фотосъемка пламени и поверхности топлива.

Научная новизна:

1. Экспериментально получены закономерности изменения скорости горения жидких алканов с открытой поверхности в электрических полях, созданных локально в отдельных областях зоны горения. Установлено:

- при локальном действии поля на факел горения при совпадении направления напряженности поля и потока топлива величина скорости горения не изменяется, при противоположном направлении - увеличивается;

- в случае «предварительной обработки» полем скорость горения жидкости уменьшается, не зависимо от полярности электродов;

- при воздействии полем на границу раздела фаз наблюдается резкое возрастание скорости горения независимо от направления поля.

2. Изучены распределения потенциалов и температур в пламенах алканов.

3. С учетом массовых сил в электростатическом поле дана интерпретация действия поля на форму пламени, которое учтено в решении задачи Бурке - Шумана;

4. Методом скоростной видеосъёмки изучены эволюция факела, изменение поверхности горения жидкости и диспергирование к-фазы при воздействии поля на границу раздела фаз.

5. Обнаруженный переход испарения во взрывное кипение при наложении электростатического поля на границу раздела фаз.

На защиту выносятся

Результаты экспериментального исследования распределения температуры и электрических потенциалов в пламёнах жидких предельных углеводородов.

Результаты экспериментального исследования скоростей выгорания жидких алканов и керосина в электростатических полях, созданных локально в области факела, области жидкости и в области раздела фаз зоны горения, а также интегрально.

Результаты визуализации подпроцессов процесса горения, а именно: фазового перехода жидкости, изменение поверхности топлива и эволюция факела горения при взрывном кипении.

Обнаруженный процесс перехода испарения во взрывное кипение горящей жидкости при наложении электростатического поля на границу раздела фаз.

Достоверность результатов работы подтверждается соответствующей точностью и тарировкой измерительных систем, воспроизводимостью результатов экспериментов, использованием современных компьютерных аппаратных и программных средств сбора и обработки данных, согласованием полученных результатов с работами других исследователей.

Практическая ценность.

Обнаруженные эффекты влияния полей расширяют систему знания о горении в целом. Полученные результаты исследования влияния электростатических полей на горение жидких топлив могут быть полезны как при планировании новых экспериментальных исследований, так и для решения практических задач об оптимизации процессов горения, а также при разработке тепловых энергетических установок. Представленные в работе результаты, а также обнаруженные эффекты углубляют понимание особенностей механизмов влияния электростатических полей на горение.

Работа частично выполнена при поддержке гранта РФФИ 10-07-00528-а., используется в научных работах кафедры «Общая физика» Вятского государственного гуманитарного университета.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских конференциях: Всероссийская научно-техническая конференция «Наука - производство - технология - экология», Киров, 2008, 2009, 2010; Международная научная конференция «Туполевские чтения», Казань, 2008, 2009, 2010; VII Всероссийская научно-техническая конференция «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей», Самара 2010.

По результатам работ автор удостоен наград: Диплом I степени международной научной конференции «XVI Туполевские чтения», Казань, 2008; Диплом I степени международной научной конференции «XVII Туполевские чтения», Казань, 2009; Диплом I степени международной научной конференции «XVIII Туполевские чтения», Казань, 2010.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ: Из них: 13 тезисы докладов научно-технических конференций, 1 статья в журнале, рекомендуемом ВАК для публикации основных результатов диссертаций.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 102 страницах и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений. Список литературы включает 110 источников. Работа иллюстрирована 56 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

электростатический горение углеводородный жидкость

Во введении производится обоснование актуальности работы, ее цель, объект и предмет исследования, сформулированы научные результаты, выносимые на защиту, определены их научная новизна и практическая значимость, показан личный вклад соискателя в приведённые в диссертации результаты.

В первой главе представлен обзор по исследованиям процесса горения и результатов воздействия на него электрического поля. Показано, что в зоне факела горения в хемоплазме обнаруживаются сверхравновесная концентрация заряженных частиц, порядка 1018-1020м-3, за появление которой ответственны реакции хемиионизации.

Выделены наиболее распространенные механизмы, описывающие влияние поля на процесс горения: ионный ветер, прямой переход электрической энергии в тепловую, влияние на кинетику химических реакций. В обзоре показано, что внешнее электрическое поле способно, в зависимости от ситуации, как интенсифицировать, так и подавлять процесс горения. Показано, что результат действия электрического поля на процесс горения в большинстве случаев интерпретируется исследователями только воздействием на пламя, при этом остается не учтенным влияние поля на свойства топлива и динамику фазового перехода.

Рассмотрен ряд работ свидетельствующих об изменении теплофизических свойств веществ при наложении электрического поля. Показана возможность управления скоростью фазового перехода с помощью электрических полей.

На основе проведенного анализа литературных данных, в завершении первой главы, дана постановка задачи, сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе дано описание экспериментального стенда, использованного оборудования, изложена логика и методика эксперимента, произведена оценка точности результатов экспериментальных исследований.

Блок схема экспериментального стенда представлена на рис. 1. Он состоит из устройства подвода и стабилизации уровня горючего в горелке, системы для замера скорости выгорания топлива, средств видеосъемки различных зон процесса горения, измерительно-вычислительного комплекса для замера температурных и эквипотенциальных полей в зоне пламени. В него входят микротермопарный и одноэлектродный пассивный зонды, устройство позиционирования, устройство сбора данных и персональный компьютер.

Рис. 1 Блок схема экспериментальной установки

В состав установки входит система создания электростатического поля различной конфигурации в необходимых зонах горения.

Горелка изготовлена из кварцевой трубки, диаметром 14 мм. Устройство подвода горючего представляет собой U-образный сосуд, на одном конце которого припаяна колба и измерительная трубка. Напротив измерительной трубки устанавливается видеокамера, которая записывает изменение положения уровня жидкости. Из видеозаписи извлекаются начальный кадр и кадр через выбранный промежуток времени. Полученные фотографии с использованием графического редактора PhotoShop накладываются друг на друга так, чтобы мениски жидкости совпадали. Далее определяется количество пикселей между одинаковыми делениями. Полученное значение сравнивается с количеством пикселей укладывающемся на одном делении измерительной трубки. Относительная погрешность определения скорости выгорания жидкости не превышает 12%.

Исследования внутреннего электрического и температурного полей пламени проводится с помощью одноэлектродного пассивного зонда, изготовленного из нихромовой нити толщиной 0,2 мм. Измерения температуры в области горения, производится хромель-алюмелевой микротермопарой диаметром 60 мкм. Данные регистрируются с помощью устройства сбора данных на базе, платы PCL-818HG. Полученные результаты обрабатываются на компьютере. Положение зонда и термопары в пламени определяется устройством позиционирования. В результате эксперимента получаются матрицы средних значений потенциалов (температур) точек области горения. По полученным матрицам с помощью математического пакета Mathcad строятся поля потенциалов (температур), которые с соблюдением масштаба накладываются на фотографии пламен.

Фотографирование производятся фотокамерами Casio Exilim Pro EX-F1 и Canon SX200IS. Видеозапись и скоростное фотографирование пламени производится видеокамерой Panasonic HDC-TM10, высокоскоростная видеосъемка производится камерой Casio Exilim Pro EX-F1. В работе при съемке применяется принудительное освещение.

Внешнее однородное электростатическое поле создается между двумя электродами, расположенными в различных участках зоны горения. Зона горения условно разделана на 3 области: область пламени, область фазового перехода, область жидкости. Для локального воздействия на каждую выделенную область применяются следующие конфигурации электродов рис. 2. На рис. 2а и 2в поле создается между пластинами плоского конденсатора, расположенными в зоне факела (рис.2а) и зоне жидкости (рис.2в). В случае изображенном на рис. 2б поле создается между штыревым электродом сверху и сеткой расположенной над поверхностью жидкости. В этом случае под сеткой реализуется сильное электрическое поле, которое воздействует на границу раздела фаз. Структура полей рассчитана с помощью программы BetaField. Разность потенциалов между электродами создается источником высокого напряжения ВСВ 2.

Максимальная величина напряжённости поля конденсатора 130кВ/м, для случая 2б - 80 кВ/м.

Рис. 2. Схема расположения электродов

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований. При локальном воздействии полем на факел пламени (рис.2а) происходит изменение геометрии пламени. Поле, вектор напряженности которого направлен по потоку горючего, вызывает незначительное увеличение высоты пламени, пламя приобретает форму конуса. Когда вектор напряженности внешнего поля направлен против потока горючего, факел приобретает форму полусферы. На рис.3 представлен график зависимости скорости выгорания жидкостей от величины напряженности приложенного поля. В пределах погрешности можно сказать, что внешнее поле одинаково влияет на скорость выгорания жидкости для всех исследованных топлив.

Механизм воздействия внешнего электрического поля, созданного в области факела пламени, на скорость горения можно объяснить на основании электрической структуры пламен.

Измерения распределения потенциала показали, что пламена исследованных алканов имеют избыточный положительный заряд сосредоточенный в области максимальной температуры, для примера на рис.4 представлено распределение потенциала в пламени додекана. Значения на рисунке даны в милливольтах. Изменение формы пламени можно интерпретировать как результат влияния массовых сил, возникающих при воздействии электростатического поля и совпадающих с ним по направлению, на заряженные частицы в потоках продуктов горения. В результате возникновения массовых сил изменяется линейная скорость потока газа. Соответственно, наложение полей направленных к поверхности топлива приводит к приближению фронта горения к поверхности топлива, что интенсифицирует тепловой поток в жидкость, в результате чего происходит увеличение испарения. Наложение полей, направленных от поверхности горючего, должно привести к снижению скорости горения. Однако наряду с незначительным удалением горячих областей пламени наблюдается возрастание температуры, чем компенсируется смещение. Таким образом, наложение поля данного направления не приводит к изменению скорости горения.

Рис.3. Зависимость скорости выгорания жидкости от напряженности электрического поля

Рис.4. Распределение электрического потенциала в пламени додекана С12Н26

Влияние внешнего электрического поля на пламя опишем в рамках модели Бурке-Шумманна. Исходя из модели, геометрия фронта пламени находится как совокупность точек, получаемых в результате совместного решения уравнений диффузии горючего и окислителя, концентрация горючего и окислителя в которых достигает стехиометрической. Учтем, что изменение геометрии фронта пламени происходит в результате влияния массовых сил, возникающих при воздействии электрического поля на заряженные частицы в потоках продуктов горения и сгорания, на линейную скорость потока газа. Для этого запишем закон сохранения энергии и из него найдем изменение скорости потока топлива Дн:

, откуда:

здесь: с - плотность газа, v - линейная скорость потока газа, q - заряд частиц, Е - напряженность поля, n - избыток концентрации заряженных частиц в зоне горения, h - высота пламени.

E=0 E=100кВ/м

Рис.5 Фотография пламени с рассчитанным фронтом горения

Решение задачи Бурке-Шуманна с учетом массовых сил удовлетворительно описывает изменение фронта горения при наложении внешнего электрического поля (рис.5).

Противоположный результат наблюдается при предварительной обработке жидкости электрическим полем. Внешнее электрическое поле создается между двумя сетчатыми электродами диаметром 14 мм. Электроды помещаются в жидкость ниже уровня поверхности. Первый электрод расположен на 1 мм ниже уровня жидкости, второй - на 11 мм. Схема электродов представлена на рис.2в. Действие на пламя исключено.

После включения поля, в течение некоторого времени 5-10с., происходит снижение высоты пламени и исчезновение желтой, высокотемпературной области факела. Наряду с уменьшением высоты пламени наблюдается существенное снижение скорости горения жидкости. График зависимости скорости выгорания от напряженности электростатического поля для изученных жидких горючих представлен на рис.6. Как видно по графикам наложение поля, при обоих направлениях напряженности, приводит к подавлению процесса горения.

При предварительной обработке жидкости электростатическим полем происходят процессы, связанные с изменением структуры рассматриваемых жидкостей. Что объясняется возникновением упорядоченности молекул в результате появления наведенного электрического диполя и его взаимодействием с внешним электрическим полем. Это приводит к изменению свойств жидкости (вязкости, теплоемкости и т.д.), в результате чего наблюдается снижение испарения и, как следствие, подавление процесса горения.

Рис.6 Схема электродов 2в. Зависимость скорости выгорания от напряженности поля

В четвертой главе представлены результаты экспериментального исследования влияния электрического поля созданного на границе раздела фаз на горение. Для создания электрического поля в данной области применялась конфигурация электродов представленная на рис. 2б. Структура электрического поля представлена на рис.7. При данной конфигурации электродов около сетки наблюдается однородное электрическое поле, которое воздействует на границу раздела фаз.

Наложение поля при описанной конфигурации электродов изменяет процесс горения. Высота факела возрастает в 5-10 раз. Появляются пульсации и колебания, причем как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Одновременно с резким увеличением высоты пламени, наблюдается аномально большое увеличение скорости выгорания для всех исследованных жидкостей (рис.8). Направление напряженности поля в пределах ошибки не влияет на зависимость скорости горения от интенсивности поля. Полярность электродов существенно влияет на процесс сажеобразования, так при отрицательной полярности верхнего электрода на нем начинается обильное осаждение сажи при горении всех исследованных горючих жидкостей.

Рис.7. Структура электрического поля при конфигурации электродов рис.2б.

Рис.8. Изменение скорости выгорания жидкости при наложении электрического поля на границу раздела фаз

Произведенные замеры температуры на срезе трубки горючего показали, что температура на срезе горелки уменьшается с увеличением напряженности поля и скорости горения. При увеличении напряженности поля от 0 до 60 кВ/м температура изменяется от 950 К до 600 К, при увеличении скорости горения на порядок.

Рис.9. Эволюция формы факела

Из видеозаписи пламени видно, что наложение электрического поля приводит к изменению режима горения. Возникают колебания и искривления во фронте горения. Частота пульсаций изменяется в диапазоне 6-12 Гц. Горение переходит в пульсационный режим. На рис.9 представлены кадры скоростной

видеозаписи, интервал времени между кадрами составляет 80 мкс. Топливо в зону газофазных реакций поступает порциями, Видно, что порция сгорает при подъёме, за ней следует следующая и так далее. При отключении поля пульсации исчезают.

Рис.10. Схема взрывного кипения, визуализация пламени и поверхности в электрическом поле

Произведенная видеозапись поверхности жидкости и пламени после наложения внешнего электрического поля на область фазового перехода показывает, что после включения источника напряжения на поверхности возникают возмущения, каверны. На рис.10 приведены кадры скоростной видеозаписи демонстрирующие развития каверн (верхний ряд рисунков) на поверхности жидкости и эволюцию факела (второй ряд рисунков) после включения источника напряжения. Размер каверн и их местоположение постоянно изменяется. При анализе фотографий пламени и поверхности жидкости установлено, что момент образования провала поверхности соответствует возникновению всполоха пламени (рис.10.в). Обобщая полученные результаты, сделан вывод о том, что некоторый объем жидкости отрывается от общей массы и начинает самостоятельное движение. В дальнейшем процесс повторяется. В результате топливо в зону горения поступает порциями.

С целью визуализации процессов происходящих при схлопывании каверн произведены скоростная видеосъемка и фотографирование с большой выдержкой нижней части пламени (рис. 11). При съемке использовалось боковое освещение. На рис.11 видны треки капель, вылетающих с поверхности жидкости. Данные капли образуются в результате кумулятивного эффекта при схлопывании каверн.

Рис.11 Треки капель

При горении жидкости перенос тепла к поверхности топлива от пламени осуществляется излучением. Перенос тепла излучением приводит к объемному поглощению энергии жидкостью. В результате этого реализуется состояние, при котором поверхность жидкости имеет температуру меньшую, чем слой, находящийся под ней. Рассчитать профиль температуры можно исходя из решения нестационарного уравнения теплопроводности:

которое решено в работе Андреева С.Н. и др. (Андреев С.Н., Орлов С.В., Самохин А.А., Моделирование взрывного вскипания при импульсном лазерном воздействии // Труды института общей физики им.А.М. Прохорова, 2004, Том 60, с 127-148) при расчете взрывного вскипания при лазерном облучении металла Решение данного уравнения дает профиль температуры представленный на рис.10а. в нижнем ряду.

При наложении внешнего электрического поля слой с максимальной температурой под поверхностью жидкости переходит в метастабильное состояние. Фазовые превращения аналогичных структур изучались Скриповым В.П. Время жизни при переходе в газообразное состояние образовавшейся метастабильной прослойки будет определяться степенью перегрева, напряженностью электростатического поля и наличием центров зародышеобразования.

Появление пузырьков, размером больше критических, может происходить, и происходит во всем объеме перегретого слоя. Это приводит к образованию паровой прослойки, которая будет увеличиваться за счет интенсивного испарения перегретого слоя. Напротив, поверхностный слой остаётся неизменным. Возникает система из трех разных фаз: жидкая - газообразная - жидкая. Верхний слой жидкости (рис 10б) распадается на капли и в факел поступает облако аэрозоля. Подтверждением служит сравнение фотографий поведения поверхности и пламени (рис 10в)

В заключении работы проведено исследование электрического поля, наложенного интегрально на зону горения, на скорость выгорания жидкости (додекана). Электрическое поле создавалось между пластинами конденсатора диаметром 14 мм, расстояние между пластинами 50 мм. Нижний электрод располагался на различных расстояниях от поверхности жидкости (координата z). За нулевое значение z принят уровень поверхности жидкости, за положительное принято направление вверх от поверхности жидкости (рис.12а). Напряженность поля остается постоянной и составляет 70 кВ/м. Результаты экспериментов представлены на рис. 12б. Как видно по представленному графику, положение нижнего электрода определяет доминирующий механизм влияния поля на горение. Так положение электрода около поверхности жидкости приводит в действие механизм взрывного кипения. Смещение нижнего электрода к области пламени (положительные значения z на рис. 12) убирает электрическое поле из области фазового перехода, а изменение скорости горения происходит в результате приближения фронта горения к поверхности топлива за счет влияния массовых сил, возникающих в факеле. Смещение электрода под поверхность жидкости (в направлении отрицательных значений z) приводит к подавлению горения. Это происходит потому, что наряду с влиянием на области пламени и фазового перехода появляется влияние на свойства самой жидкости. В диапазоне значений z от 0 до 2 мм изменение свойств жидкости не может компенсировать увеличение скорости, получаемое при воздействии на области фазового перехода и факела пламени. Установка нижнего электрода на глубине z?2 мм и создание электрического поля приводит к изменению свойств жидкости, чем полностью компенсируется изменение фазового перехода и влияние на хемоплазму факела. При дальнейшем увеличение глубины погружения электрода доминирующими становятся процессы, связанные с изменением свойств жидкости. В результате увеличения глубины погружения увеличивается объем обрабатываемой жидкости, а также время ее обработки. В результате чего происходит подавление горения. Таким образом, при наложении электрического поля на область горения результат действия определяется как напряженностью поля, так и расположением электродов.

Рис.12. Схема электродов и зависимость скорости выгорания жидкости от положения нижнего электрода, пунктиром обозначена скорость выгорания при отсутствии электрического поля.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан и создан экспериментальный стенд, в который входят: измерительно-вычислительный комплекс по определении тепловой и электрической структуры пламени, установка по замеру скорости выгорания жидкости при локальном воздействии поля на отдельные зоны горения, установка по визуализации процессов протекающих при горении.

2. Исследовано влияние электростатического поля созданного в области факела пламени на скорость горения жидкости. Установлено, что при локальном воздействии поля, направленного к поверхности жидкости на факел, скорость горения возрастает в 1-2 раза в диапазоне напряженностей 0-100кВ/м. На основании данных по электрической и тепловой структуре пламени дано объяснение полученных результатов путем введения массовых сил.

3. Обнаружено, что предварительная обработка электростатическим полем топлива перед горением, подавляет процесс горения. При увеличении напряженности поля от 0 до 200 кВ/м наблюдается снижение скорости выгорания в 1-3 раза.

4. Исследовано влияние электрического поля, созданного в области фазового перехода, на скорость выгорания декана, ундекана, додекана, тридекана, тетрадекана, керосина. Установлено, что скорость горения возрастает в 1-8 раз в диапазоне напряженностей 0-60 кВ/м. Направление поля не влияет на зависимость скорости выгорания от напряженности.

5. На основании анализа данных по визуализации процесса горения установлено, что при локальном наложении электростатического поля на зону фазового перехода испарение заменяется процессом взрывного кипения.

6. При интегральном воздействии электростатического поля на горящую жидкость механизм действия влияния на горение определяется расстоянием, на котором поле пронизывает жидкую фазу. Когда это расстояние значительное происходит уменьшение скорости. Если толщину жидкости, подвергающейся воздействию поля сделать менее 2 мм., то фазовой переход переходит во взрывное кипение и скорость горения принимает аномально высокие значения в 8-10 раз превышающую скорость без поля.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Зырянов И.А. Влияние электрического поля на структуру диффузионного пламени при различных коэффициентах избытка окислителя/ Решетников С.М., Бобров А.С., Зырянов И.А. // «Известия вузов. Авиационная техника»,№2, Казань, 2010. С. 59-62.

Тезисы в сборниках и материалах научных конференций:

2. Зырянов И.А. Воздействие электрического поля на свечеобразное диффузионное пламя/ Решетников С.М., Зырянов И.А., Бобров А.С.//Всероссийская научно-техническая конференция «Наука - производство - технология - экология», Том 4, Киров, 2007, С.153-155.

3. Зырянов И.А. Влияние внешнего поля на процесс сажеобразования/ Решетников С.М., Зырянов И.А., Бобров А.С.//Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука - производство - технология - экология», Том 3, Киров, 2008, С.167-169.

4. Зырянов И.А. Особенности диффузии заряженных частиц в пламени/ Решетников С.М., Зырянов И.А., Бобров А.С.// Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука - производство - технология - экология», Том 3, Киров, 2008, С.165-166.

5. Zyryanov I.A. Influence of capacitor's field on the form of laminar diffusive flame/ Zyryanov I.A., Bobrov A.S.//Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука - производство - технология - экология», Том 7, Киров, 2008, С.145-149.

6. Зырянов И.А. Участие инертных газов в ионизационно-рекомбинационных процессах в пламени/ Решетников С.М., Зырянов И.А., Бобров А.С.// Тезисы доклада международной научной конференции «XVI Туполевские чтения» Том 1,Казань, 2008, С.243-245.

7. Зырянов И.А. Учет влияния внешнего поля в модели Бурке-Шумана / Решетников С.М., Фролов В.М., Зырянов И.А., Бобров А.С.// Тезисы доклада международной научной конференции «XVII Туполевские чтения», Том 2, Казань, 2009, С.233-235.

8. Зырянов И.А. Влияние внешнего поля на скорость выгорания жидкости с открытой поверхности /Решетников С.М., Зырянов И.А., Лаптев А.С.// Всероссийская научно-техническая конференция «Общество - наука - инновации», Том 2, Киров, 2010, С.287-289

9. Зырянов И.А. Влияние внешнего электрического поля на диффузионное пламя смесевого твердого топлива / Фролов В.М., Зырянов И.А., Бобров А.С.// Всероссийская научно-техническая конференция «Общество - наука - инновации», Том 2, Киров, 2010, С.292-293

10. Зырянов И.А. Роль лучистой составляющей при горении жидких топлив /Решетников С.М., Зырянов И.А., Лаптев А.С.// Всероссийская научно-техническая конференция «Общество - наука - инновации», Том 2, Киров, 2010, С.283-285

11. Зырянов И.А. Ингибирование процесса горения декана внешним электрическим полем /Решетников С.М., Зырянов И.А., Лаптев А.С.// ВНКСФ, Том 1, Волгоград, 2010 С. 462-463

12. Зырянов И.А. Управление горением жидкости внешним электрическим полем / Решетников С.М., Зырянов И.А., Лаптев А.С.// Тезисы доклада международной научной конференции «XVIII Туполевские чтения», Том 2, Казань, 2010, С.74-76.

13. Зырянов И.А. Исследование горения жидкости в электрическом поле/ Зырянов И.А., Дехтерев С.Н., Решетников С.М.// Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи: «Проведение научных исследований в области синтеза, свойств и переработки высокомолекулярных соединений, а также воздействия физических полей на протекание химических реакций», Казань, 2010, с. 8

Размещено на Allbest.ru