Влияние постоянного электрического поля на структуру и эмиссионные свойства ламинарных диффузионных пламен тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.05, кандидат физико-математических наук Улыбышев, Константин Евгеньевич

• Улыбышев, Константин Евгеньевич
• кандидат физико-математических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Улыбышев, Константин Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Экспериментальные исследования одиночных ламинарных диффузионных факелов в постоянном электрическом поле.

1. Экспериментальная установка и методика измерений

2. Пропановый и метановый факела при отрицательной полярности горелки.

3. Пропановый и метановый факела при положительной полярности горелки.

4. Использование электрического поля для ликвидации срыва пламени

5. Экспериментальные исследования распределения электрического потенциала в окрестности ламинарного факела во внешнем электрическом поле.

6. Некоторые результаты исследования влияния электрического поля на сажеобразование в пламени.

ГЛАВА 2. Электрическая структура фронта горения однородной метановоздушной смеси.

1. Постановка задачи.

2. Результаты расчетов.

3.Оценки максимально возможного влияния поля на гидродинамику течения.

ГЛАВА 3. Математическая модель ламимнарнго диффузионного пламени без учета электрического поля.

1. Постановка задачи и основные уравнения для расчета полей скоростей, температуры и концентраций основных компонентов смеси.

2. Результаты расчетов.

3. Расчет эмиссионных характеристик факела.

ГЛАВА 4. Расчет ламинарного диффузионного факела во внешнем электрическом поле.

1. Постановка задачи для расчета ионной концентрации и электрических полей.

2.0бщая система уравнений для пламени в электрическом поле.

3. Результаты расчетов.

4. Оценка влияния излучения на ламинарный диффузионный факел.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние постоянного электрического поля на структуру и эмиссионные свойства ламинарных диффузионных пламен»

Горение - одно из немногих явлений природы, изучение которых проводится с глубокой древности, с начала использования человеком огня, однако до сих пор многие явления, связанные с процессом сжигания различных топлив, представляют неразгаданную научную загадку, и поток работ по данной тематике занимает одно из ведущих мест в изданиях физико-химического направления. Одним из современных направлений в физике горения является исследование возможности управления процессами в пламенах с помощью нетрадиционных методов. В частности, значительное внимание уделяется теме воздействия на пламена электромагнитных полей и электрических разрядов.

Наличие у пламени электрических свойств известно с XVII века, когда было обнаружено, что пламя разряжает электроскоп. Примерно в это же время было замечено, что пламя ведет себя подобно положительно заряженному телу, притягиваясь к отрицательному электроду. Приведенные факты свидетельствуют о том, что пламена являются источником заряженных частиц.

Природа и механизмы образования заряда в пламенах долгое время оставались лишь темой для многочисленных гипотез. В результате многочисленных экспериментальных исследований ([1] - [6]) было установлено, что основными видами заряженных частиц в пламенах являются положительно заряженные ионы и свободные электроны, а также были найдены максимальные величины концентрации заряженных частиц в пламени, что послужило основой классификации пламен на пламена с высокой и низкой степенью ионизации. К первым относятся пламена углеводородных топлив. Концентрации заряженных частиц достигают здесь величин порядка см"3 в зависимости от условий сжигания (давление, соотношение между расходами топлива и окислителя (стехиометрия) и т. д. ). Максимальная

13 3 концентрация ( до 10 см") достигается во фронте детонации ацетилено -кислородной смеси.

Ко вторым относятся большинство остальных пламен, в частности, пламена водорода и СО. Ионная концентрация здесь, как правило, не превосходит 10° см"3, что по порядку величины соответствует термодинамически равновесной величине для температуры горения указанных топлив.

Ионно-электронный состав пламен обуславливает наличие у них собственных электрических свойств вследствие значительного (почти на три порядка) различия в коэффициентах переноса для положительных ионов и электронов ([7] -[10]). Из-за большего коэффициента диффузии последние стремятся «разлететься» в окружающее пространство, вследствие чего возникает пространственное разделение зарядов и электрическое поле, препятствующее «убеганию» электронов. Величина собственного электрического поля пламени ( т. е. существующего при отсутствии внешних полей) и механизм переноса заряженных частиц существенно зависят от степени ионизации пламени. В пламенах с высокой степенью ионизации величины собственных электрических полей составляют 10 -50 В/см, концентрации ионов и электронов примерно равны между собой и перенос заряженных частиц осуществляется по механизму амбиполярной диффузии. В пламенах с низкой степенью ионизации собственные электрические поля не превосходят 5 В/см и перенос заряженных компонентов происходит путем обычной диффузии со своими собственными коэффициентами.

Следует также отметить, что степень ионизации в пламенах может быть заметно увеличена с помощью добавления элементов с низким потенциалом ионизации, в частности, щелочных металлов. Однако наибольшее внимание исследователями уделялось пламенам с высокой естественной степенью ионизации, и далее именно они будут составлять предмет нашего рассмотрения.

Различие в коэффициентах переноса ионов и электронов обуславливает также специфическое поведение пламени во внешнем электрическом поле. Как правило, в пламенах можно условно выделить две области. В первой происходят основные реакции химического превращения, концентрации свободных радикалов и температура максимальны. Во второй существенны лишь процессы диффузионного и конвективного переноса компонентов смеси и энтальпии ([11]). Толщина первой области составляет порядка долей миллиметра, что обычно намного меньше характерного размера задачи, в то же время основные реакции образования заряженных частиц происходят именно в ней. При наложении поля ионы начинают двигаться к отрицательному электроду, электроны -к положительному. В области вне зоны горения диффузионным переносом заряженных частиц можно пренебречь по сравнению с переносом электрическим полем и на основании этого величину объемного электрического тока для каждой из заряженных компонентов считать пропорциональной его концентрации, умноженной на подвижность. Вследствие закона сохранения электрического заряда суммарный электронный ток равен ионному, откуда, учитывая тот факт, что электронная подвижность намного больше ионной, следует, что отношение характерных концентраций ионов и электронов обратно пропорционально отношению их подвижностей и электронная концентрация оказывается пренебрежимо мала по сравнению с ионной. Иначе говоря, при воздействии на пламя внешнего электрического поля в области вне зоны горения возникает объемный положительный заряд и объемная электростатическая сила, действующая по направлению к отрицательному электроду. Данному явлению, получившему название «ионный ветер» посвящена огромное количество исследований, описанных в [5] .

Влияние внешнего электрического поля на распределение концентраций заряженных частиц непосредственно в зоне горения зависит от его величины. В слабых электрических полях квазинейтральность плазмы в зоне горения сохраняется, распределения концентрации ионов и электрического поля б соответствуют таковым при отсутствии внешнего поля. Отсос электрическим полем заряженных частиц осуществляется с границы рассматриваемой области. В сильных полях квазинейтральность плазмы в зоне горения нарушается, рекомбинация заряженных частиц оказывается пренебрежимо малой, вольт-амперная характеристика пламени выходит на насыщение. Подробно различные участки вольт- амперной характеристики плоского пламени, распространяющегося по однородной топливовоздушной смеси, проанализированы в [12]. Электрическое поле при этом считалось перпендикулярным фронту пламени, зона образования заряженных частиц считалась бесконечно тонкой. Авторами получены важные аналитические соотношения для различных участков вольт- амперной характеристики пламени и достигнуто качественное понимание основных аспектов взаимодействия электрического поля с пламенами. Однако скорость образования положительных ионов считалась величиной заданной, равно как не рассматривалась их природа.

Как было указано выше, работ, посвященных выяснению природы и механизмов образования положительных ионов в пламенах, не сегодняшний день достаточно много. В результате многочисленных масс-спектрометрических исследований было выяснено, что основными ионами в большинстве углеводородных пламен являются Н30+ , С3Н3+, СНО+, причем первый из них является преобладающим. Также в небольших количествах могут присутствовать ионы СНз+, Нз02+ и другие.

Относительно возможных механизмов новообразования различными авторами было выдвинуто множество гипотез. В частности, предполагалось, что источником заряда в пламенах могут быть мелкие углеродистые частицы с малой работой выхода электрона, заряжающиеся положительно в результате термоэлектронной эмиссии, что ионы могут образовываться в результате ударной ионизации при столкновениях молекул с малой энергией ионизации с соединениями, образующимися в результате сильно эндотермических реакций и имеющих вследствие этого высокую скорость и т. д. На сегодняшний день большинством ученых принята гипотеза, согласно которой положительные ионы в пламени образуются в результате хемоионизационных реакций из свободных радикалов, а наиболее вероятными реакциями считаются следующие:

СН + О СНО+ + е (1)

СН + С2Н2 -» С3Н3+ + е (2) символ * означает, что молекула находится в возбужденном состоянии). Ионы НзО+ и другие, по видимому, являются вторичными, т. е. образуются из ионов СНО+ и СзНз+ в результате ионно-молекулярных реакций с участием нейтральных компонентов.

В [13] была рассмотрена численная модель образования ионов в метановом пламени противонаправленных струй горючего и окислителя на основе реакции (1). Полученные ионные концентрации оказались близки к наблюдаемым в экспериментах, однако авторы не учитывали влияния электрического поля на динамику заряженных частиц, вследствие чего собственное электрическое поле пламени, рассчитанное на основании полученных авторами распределений концентраций ионов и электронов, достигает сверхпробойных величин. Автором настоящей работы в [14] создана численная модель электрической структуры фронта горения однородной метановоздушной смеси с учетом влияния поля на движение заряженных компонентов и получены значения собственного поля пламени, хорошо соответствующие найденным из экспериментов.

Работы теме, которую условно можно назвать «электричество и горение» не ограничиваются исследованием механизмов образования заряженных частиц в пламени и электрической структуры зоны горения. Достаточно много работ посвящено влиянию электрических полей на гидродинамическую устойчивость пламени и вопросам воздействия на пламена переменных электрических полей , проведенных Н. И. Кидиным и соавторами. В [15] показано, что влияние электрогазодинамических (ЭГД) сил на плоский фронт ламинарного пламени аналогично влиянию силы тяжести и может способствовать как развитию неустойчивостей в пламени, так и подавлять неустойчивость. Влияние объемных электрических сил обуславливает также другой интересный нестационарный эффект -распространение волн вдоль поверхности пламени, аналогичных гравитационным волнам на поверхности жидкости. Показано также, что перераспределение зарядов в пламени вследствие изменения плотности и скорости газа влияет на скорость распространения акустической волны и вызывает дисперсию волн. Исследована также возможность возбуждения акустических волн путем приложения к пламени переменного электрического поля и обратный эффект, состоящий в генерации звуковыми волнами в продуктах сгорания переменного электрического тока.

Среди работ по влиянию электрического поля на пламена следует отметить также работы по исследованию влияния постоянного электрического поля на распространение фронта пламени в трубе ([16], [17]). В данных работах показано, что наложение электрического поля может приводить к возрастанию скорости распространения фронта пламени вследствие его искривления, обусловленного влиянием поля на газодинамику течения.

Имеется довольно большой спектр работ, в которых рассматриваются такие прикладные вопросы, как влияние электрического поля на скорость выгорания жидкого топлива, возможность прямого преобразования тепловой энергии топлива в электрическую с помощью МГД и ЭГД генераторов, способы очистки продуктов сгорания с помощью коронного разряда и другие. В частности, одним из новых методов управления акустикой пламени является генерация звука модулированным электрическим разрядом, локализованным в зоне горения ([18]-[20]). С помощью данной методики показано, что пламена имеют «собственные» акустические частоты (точнее - избирательную акустическую чувствительность), характерную для каждого вида топлива, что может быть использовано для подавления излучения звука камерами сгорания и их акустической диагностики.

Достаточно широко также представлены работы по влиянию электричества на сажеобразование в пламенах. В качестве специфики данной тематики следует отметить тот факт, что, несмотря на обилие работ по сажеобразованию (в качестве примера можно указать [21]-[24]), законченной теории образования сажи, как и полной ясности относительно возможных механизмов данного процесса, на сегодняшний день не существует. Вследствие этого работы по электричеству и сажеобразованию носят в основном экспериментальный характер. Многочисленные исследования показывают, что поле оказывает значительное влияние на размеры, структуру и суммарную массовую долю сажистых частиц. В [25] продемонстрировано изменение цвета плоского пламени, образованного встречными струями топлива и окислителя, от желтого (излучают частицы сажи) до ярко-голубого (излучают молекулы газа) при увеличении напряженности приложенного к пламени внешнего электрического поля.

Также, в качестве одного из возможных механизмов генерации сажистых частиц, в литературе обсуждается ионный механизм образования сажи [26]. Согласно данному представлению, предшественником, или «зародышем» сажистой частицы могут являться положительные ионы, образующиеся в зоне горения в результате хемоионизационных реакций. В этом случае возможно прямое влияние электрического поля на скорость сажеобразования. Однако ионный механизм образования сажи не получил пока достаточного подтверждения, и, по видимому, влияние электрического поля на образование частиц свободного углерода обусловлено главным образом изменением времени пребывания частицы в зоне пиролиза и воздействием заряда частицы на процессы коагуляции («слипания»),

С точки зрения экологии атмосферы и проблем защиты озонового слоя большую важность также имеет экспериментально обнаруженный факт, что практически все сажистые частицы несут на себе положительный либо отрицательный заряд ( во внешних электрических полях преимущественно положительный). Исследования возможных механизмов зарядки сажистых частиц и возможных путей влияния на электрические свойства сажи является одним из актуальных и интенсивно развивающихся направлений науки о горении.

В отличие от случая постоянного электрического поля влияние переменных электрических полей на образование сажи изучено в меньшей степени. Среди наиболее интересных работ можно отметить проведенные в [27] исследования влияния электрических полей на образование сажи в плоских ацетиленовых и бензиновых диффузионных пламенах сталкивающихся струй топлива и окислителя. Согласно приведенным в работе экспериментальным данным, при наложении на пламя переменного электрического поля выход сажи из пламени уменьшался более, чем на порядок. Существенно также менялась морфология и структура сажистых частиц. По мнению авторов указанной работы, под действием переменного электрического поля происходит задержка образования каркаса макрочастиц сажи и смещение процесса образования устойчивых агрегатов на более поздние стадии формирования сажи, что уменьшает ее выход. Следует отметить, однако, что данная в работе физическая картина процессов, объясняющих полученные экспериментальные результаты, является только качественной и требует дальнейшего теоретического обоснования.

Кардинально новым, не исследованным до недавнего времени направлением в электрофизике пламен является изучение влияния электрических полей на образование окислов азота при горении. Первый шаг в данном направлении сделан в [28], где рассмотрено влияние постоянного электрического поля на структуру и эмиссионные характеристики ламинарного диффузионного пропанового пламени. В работе показано, что при подаче на горелку отрицательного потенциала происходит заметное (до 30%) снижение выхода окислов азота, сопровождающееся сильной деформацией факела в направлении сокращения его длины и увеличения толщины в корневой части. В работе была выдвинута гипотеза, согласно которой снижение эмиссии >ЮХ обусловлено увеличением тепловых потерь вследствие увеличения доли сажистой фракции. С целью выяснения возможных механизмов влияния поля на эмиссионные характеристики пламен был проведен ряд теоретических и экспериментальных исследований. В [29], [31] описан ряд экспериментов по исследованию влияния электрического поля на эмиссионные характеристики пламен различных газов при различной скоростях истечения топлива из сопла горелки. В результате было выяснено, что эффект уменьшения выхода окислов азота при отрицательной полярности горелки проявляется сходным образом при использовании в качестве топлив пропана и метана при почти на порядок меньшем количестве сажи в метановом факеле. Кроме того, была обнаружена существенная зависимость рассматриваемого эффекта от скорости истечения газа из сопла горелки и величины деформации факела во внешнем поле. Таким образом, вышеизложенные факты дают основание предполагать, что помимо излучения сажи возможны более существенные причины указанного поведения эмиссионных характеристик пламен при отрицательном потенциале горелки. Выяснение возможных механизмов влияния поля на эмиссионные характеристики и создание физической и математической модели явление и составляют цель настоящей работы.

Первая глава работы описанию методики и результатов экспериментальных исследований влияния электрического поля на эмиссионные характеристики пламен. Проведен анализ результатов измерений зависимости индекса эмиссии окислов азота от потенциала горелки для различных газов на горелке различных диаметров от сЫ3.8 мм до <1=6мм при постоянном массовом расходе топлива, равном 2 мг/сек, что соответствует скоростям истечения газа из сопла горелки от 0.1 до 6 м/с. В качестве топлива использовались как чистые метан и пропан, так и богатая смесь указанных газов с воздухом в соотношении, сохраняющем диффузионный характер процесса горения. В качестве основных результатов можно отметить следующие. При подаче на горелку отрицательного потенциала в зависимости от условий эксперимента максимальное снижение индекса эмиссии окислов азота составляет от 12% до 30% от значения при отсутствии электрического поля. Изменение эмиссионных характеристик сопровождается деформацией факела, при которой он укорачивается и утолщается, «прижимаясь» к горелке. При этом величина падения индекса эмиссии зависит в основном от величины деформации пламени электрическим полем (которая, в свою очередь, определяется скоростью истечения топлива из сопла горелки) и практически не зависит от сорта используемого топлива. При положительной полярности горелки заметного изменения выхода окислов азота и формы факела не происходит, однако эксперименты дают значительное возрастание скорости подъема газа в верхней части пламени.

Интересным результатом, имеющим важное практическое значение, является обнаруженная возможность ликвидации срыва пламени путем подачи на горелку отрицательного потенциала. В первой главе также описаны экспериментальные результаты по влиянию электрического поля на сажеобразование и индекс эмиссии СО, однако теоретическое рассмотрение данных явлений выходит за рамки настоящей работы.

В качестве возможных причин указанного влияния поля на эмиссию окислов азота выдвигалось множество гипотез. В их числе были выдвинуты предположения о прямом влиянии поля на кинетику горения через перераспределение концентраций заряженных частиц или изменение значений констант химических реакций, а также падение температуры вследствие увеличения излучения сажистой фракции. Последняя гипотеза обсуждалась выше, прямое же влияние поля на кинетику горения кажется маловероятным по двум причинам. Во первых, эксперименты показывают совершенно различные результаты в зависимости от полярности горелки, во вторых, в главе 2 п показано, что концентрации заряженных частиц слишком малы, чтобы оказывать заметное влияние кинетику горения.

Вторая глава посвящена рассмотрению структуры зоны горения однородной метановоздушной смеси с учетом реакций образования заряженных частиц и собственного электрического поля. Собственно задача о распространении плоского фронта пламени по смеси топлива и окислителя является классикой теории горения. В зависимости от выбранных моделей термодинамических свойств среды и кинетической схемы окисления топлива результатом расчета являются различные значения скорости распространения фронта пламени и распределения концентраций компонентов. Новизна настоящей работы состоит в учете реакций образования и рекомбинации заряженных частиц и собственного электрического поля. Полученные значения ионных концентраций и суммарной скорости образования заряда в пламени хорошо согласуются с приведенными в [5] экспериментальными данными. Также найдено, что влияние реакций с участием заряженных частиц на распределения концентраций нейтральных компонентов и нормальную скорость распространения пламени пренебрежимо мало. Проведенные на основании расчетных данных оценки максимального влияния поля на гидродинамику пламени свидетельствуют о возможности возникновения под действием ЭГД сил значительных индуцированных скоростей газа, коренным образом перестраивающих все течение. Для диффузионных факелов, в которых основные параметры существенно неодномерны, перестройка течения должна проявляться в изменении формы пламени и связанных с ней распределений концентраций основных компонентов смеси и их градиентов, изменяя скорость смешения топлива с окислителем и, соответственно, объемную скорость выгорания топлива и степень близости химического состава смеси к равновесному. Данные изменения и могут являться причиной наблюдаемого изменения эмиссионных свойств факелов во внешнем электрическом поле.

Для проверки указанной гипотезы необходима физическая и математическая модель, позволяющая рассчитать основные характеристики ламинарного диффузионного факела в электрических полях. Данная модель должна включать в себя двумерные гидродинамические уравнения для описания поля скоростей газа, уравнения переноса для компонентов смеси с учетом реальной кинетики горения топлива со включением в нее реакций образования заряженных частиц, и уравнение переноса заряда совместно с уравнением Пуассона для самосогласованного электрического поля для нахождения действующей на газ объемной электрической силы.

Задача расчета ламинарного диффузионного факела достаточно сложна и без учета внешнего электрического поля. В настоящее время существует несколько подходов к решению данной задачи. Работ, в которых использовалась самая общая постановка, на сегодняшний день довольно мало, поскольку численное решение подобных систем находится на пределе возможностей современной вычислительной техники. С целью уменьшения количества уравнений системы был разработан ряд приближенных методов расчета, опирающихся на некоторые упрощающие предположения (малая толщина зоны реакции, близость состава смеси к равновесному и др.). Однако данные модели не дают всей необходимой информации для расчета образования 1\ГОх и положительных ионов, и в настоящей работе был разработан метод, в котором распределение основных параметров (температура, плотность, концентрации топлива, окислителя и продуктов сгорания) находятся по упрощенной методике с использованием приближения бесконечно тонкой зоны реакции, а реальная кинетика и конечная толщина зоны горения учитываются в приближении, разработанном в [31] для турбулентных пламен и заключающемся в сведении двумерных уравнений переноса компонентов смеси к обыкновенным дифференциальным уравнениям. Для расчета гидродинамики течения используется полная осесимметричная система уравнений Навье-Стокса. Подробному описанию использованных при создании модели предположений, полученной системы уравнений, метода решения и полученных результатов посвящена третья глава работы.

В главе 4 рассматривается модель ламинарного диффузионного пламени во внешнем электрическом поле. Рассмотренная в третьей главе система уравнений дополняется уравнением переноса ионов и уравнением Пуассона для самосогласованного электрического поля, в уравнения гидродинамики при этом добавляется член, описывающий действующие на газ объемные электрические силы. Для интегрирования уравнения переноса ионов используется метод крупных частиц. Расчет для метанового факела при потенциале горелки , равном -10 кВ, показывают заметное сокращение длины факела и снижение индекса эмиссии окислов азота, аналогичные наблюдаемым в экспериментах. Данный результат подтверждает гипотезу о механизме влияния электрического поля на эмиссию окислов азота через изменение формы пламени. В главе проводится подробное объяснение эффекта. Утолщение пламени в корневой части и связанное с ним уменьшение диффузионных потоков топлива и окислителя к зоне горения объясняет описанный в главе 1 эффект ликвидации богатого срыва путем подачи на горелку отрицательного потенциала.

В четвертой главе рассматриваются также оценки влияния излучения на факела при различной полярности горелки. Несмотря на то, что потери тепла излучением в окружающее пространство малы и во всех случаях не превосходят одной десятой от тепловой мощности факела, величина потерь также меняется с приложением электрического поля, достигая максимальной величины при отрицательном потенциале горелки и минимальной при положительной. Вследствие сильной зависимости скорости образования окислов азота от температуры поправка на излучение должна усилить рассматриваемый эффект снижения выхода N0* при отрицательном потенциале горелки.

Заключение диссертации по теме «Механика жидкости, газа и плазмы», Улыбышев, Константин Евгеньевич

вывода

Главным результатом данной работы является построение физической и математической модели ламинарного диффузионного пламени в электрическом поле, объясняющей такие новые экспериментальные результаты, как снижение выхода окислов азота и ликвидация срыва пламени при подаче на горелку отрицательного потенциала. Данная модель объединяет в себе уравнения гидродинамики и переноса пассивной примеси со включением в них термодинамической модели среды в приближении Бурке-Шумана, уравнения flame-let model для тонкой зоны горения с учетом реальной химической кинетики окисления топлива и образования ионов и окислов азота, уравнений переноса заряженных частиц и уравнения Пуассона для самосогласованного электрического поля.

В работе получены следующие основные результаты:

1. Проведены экспериментальные исследования ламинарных диффузионных факелов во внешнем электрическом поле, обнаружено снижение выхода окислов азота при отрицательной полярности горелки и снижение образования СО при положительной. Показана возможность ликвидации срыва пламени с помощью электрического поля.

2. Рассмотрена задача о структуре фронта горения однородной метановоздушной смеси с учетом хемоионизационных реакций и собственного электрического поля. На основании полученных результатов проведены оценки максимально возможного воздействия электрического поля на гидродинамику пламен, а также влияния блока хемоионизационных реакций на суммарную кинетику горения.

3. Создана модель ламинарного диффузионного пламени при отсутствии внешнего электрического поля на основе полных уравнений Навье-Стокса для гидродинамики течения и переноса пассивной примеси со включением в них термодинамической модели среды в приближении Бурке-Шумана, уравнения flame-let model для тонкой зоны горения с учетом реальной химической кинетики. Данная модель позволяет с хорошей точностью рассчитать геометрические и эмиссионные характеристики пламени за приемлемое расчетное время.

4. На основе уравнения переноса ионов и уравнения Пуассона для электрического потенциала разработана модель, позволяющая при заданных полях скоростей и форме факела рассчитать значения ионных концентраций, самосогласованных электрических полей и объемных электрогазодинамических сил в пламени во внешнем электрическом поле. Предложен численный алгоритм реализации данной модели.

5. На основе двух последних создана общая модель ламинарного диффузионного факела во внешнем поле, учитывающая влияние электрических сил на гидродинамику течения и описывающая деформацию пламени и изменение его эмиссионных характеристик при подаче на горелку отрицательного потенциала.

6. Проведены оценки влияния потерь тепла излучением на ламинарный диффузионный факел, показана возможность изменения суммарной величины теплопотерь путем воздействия на пламя электрическим полем.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Улыбышев, Константин Евгеньевич, 1998 год

1. Степанов Е. М., Дьячков Б. Г. Ионизация в пламени и электрическое поле. //Москва, изд-во «Металлургия», 1968, 312 стр.

2. Е. С. Семенов, А. С. Соколик. Термическая и химическая ионизация пламен. // Физика горения и взрыва, 1970, т.6 № 1 стр. 37-48.

3. Иващенко Ю. С., Коробченко Ю. Г., Бондаренко Т. С. Об электронной температуре углеводородного пламени. // Физика горения и взрыва, 1975, т. 16 № 6 стр. 825-830.

4. Гусак А. Л., Семенов Е. С. О профилях температуры и ионизации во фронте ламинарного пламени. // Физика горения и взрыва, 1975, т. 16 № 6 стр. 830-838.

5. Лаутон Дж., Вайнберг Ф. Электрические аспекты горения. //Пер. с англ. Москва, Энергия, 1976, 294 стр.

6. Фиалков А. Б., Фиалков Б. С. Ионный состав пламен пропан-бутан-воздух при пониженном давлении. //Физика горения и взрыва, 1985, т. 21 № 3 стр. 32-42

7. Кидин Н. И., Либрович В. Б. О собственном электрическом поле ламинарного пламени. // Физика горения и взрыва, 1974, т. 10 № 5 стр. 696-704.

8. Кидин Н. И., Либрович В. Б. Электрические свойства ламинарных пламен. //Препринт № 51, Москва, ИПМ АН СССР, 1975, 55с.

9. Кидин H. К, Махвиладзе Г. М. Электрическое поле ламинарного пламени с большой степенью ионизации. // Физика горения и взрыва, 1976, т. 12 №6 стр. 865-871.

10. Кидин Н. И., Махвиладзе Г. М. Электрические свойства диффузионного пламени противонаправленных струй. // Инженерно физический журнал, 1977, XXXII, стр. 1034-1042.

11. Зельдович Я. Б., Бареибладт Г. И., Либрович В. Б., Махвиладзе Г. М. Математическая теория горения и взрыва. // Москва, «Наука», 1980, 478 стр.

12. Кидин Н. И., Либрович В. Б. Ламинарное пламя в постоянном электрическом поле. // В сб. «Физика горения и методы ее исследования», ЧТУ им. Ульянова, Чебоксары, 1976,12, 6, стр. 3-11.

13. Fred. L. Jones, Philip M. Becker, Robert J. Heinson. Mathematical Model of the Opposed-Jet Diffusion Flame: Effect of an Electric Field on Concentration and Temperature Profiles. //Combustion and flame, 1972, v. 19 № 3 p. 351-362

14. К. E. Улыбышев. Электрическая структура фронта горения однородной метановоздушной смеси. //Изв. РАН, МЖГ, 1998, № 1, стр. 3-7.

15. Кидин Н. И., Либрович В. Б., Махвиладзе Г. М. Электрогазодинамика пламен. // Всесоюзная школа-конференция по теории горения. Звенигород, 1975.

16. Саламандра Г. Д. Физика горения и взрыва, 1965, т.5 № 2 стр. 189.

17. Саламандра Г. Д., Вентцелъ Н. М., Федосеева И. К Влияние поперечного электрического поля на распределение скорости газа вблизи фронта пламени. // Физика горения и взрыва, т. 12 № 2 стр. 229-233.

18. Кидин Н. И. Об излучении акустических волн электрическим разрядом в зоне горения. // В сб. «Исследование процессов неустойчивого горения». Чебоксары, ЧТУ им. Ульянова, 1984, стр. 125-132.

19. Кидин Н. И. Генерация звука модулированным электрическим разрядом, локализованным в зоне горения. // Физика горения и взрыва, 1985, № 3, стр. 26-30.

20. Афанасьев В. В., Абруков С. А., Кидин Н. И., Кузьмин А. К. Исследование условий возбуждения ламинарного кинетического поющего пламени. // Физика горения и взрыва, 1995, т.31 № 4 стр. 34-39.

21. Kent J. Н., Honnery D. R. Soot formation rates in diffusion flames. An unifying trend. //Comb. Sci. And Tech., 1991, v.75, p. 167-177.

22. Kazakov A., Wang H., Frenklach M. Detailed Modelind of Soot Formation in Laminar Premixed Ethylene Flames at a Pressure of 10 Bar. //Combustion and flame 100: 111-120 (1995)

23. Kennedy I. M., Yam C., Rapp D. C., Santoro R. J. Modeling and Measurements of Soot and Species in a Laminar Diffusion Flame.// Combustion and flame 107: 368-382 (1996)

24. Shaddix R. С., Smyth К. С. Laser -Induced Incandescence Measurements of Soot Production in Steady and Flickering Methane, Propane, and Ethylene Diffusion Flames. // Combustion and flame 107: 418-452 (1996)

25. Hardersty D. R, Weinberg F. G. Electrical control of particulate pollutantsiLfrom flames .// 14 Symp. (International) on combustion. //The combustion institute, Pittsburg, 1973, p. 907-918

26. Weinberg F. G. Advanced Combustion Methods.//Academic, N. Y., 1986

27. Таран Э. H. Влияние переменного электрического поля на образование сажи в диффузионных углеводородных пламенах низкого давления во встречных струях.// Физика горения и взрыва, 1993, №3, стр. 100105.

28. Ватажин А. Б., Лихтер В. А., Сепп В. А., Шульгин В. И. Влияние электрического поля на эмиссию окислов азота и структуру ламинарного диффузионного пропанового пламени. //Механика жидкости и газа, 1995, № 2, с. 13-23

29. Сепп В. А., Улыбышев К. Е. Экспериментальные исследования эмиссионных характеристик ламинарных диффузионных пламен в постоянном электрическом поле различной полярности. // Теплофизика высоких температур, том 35 № 5 стр. 826-829.

30. Ватажин А. Б., Лихтер В. А., Сепп В. А., Улыбышев К. Е., Шульгин В. И. Влияние внешнего электрического поля на эмиссионные характеристикиламинарных диффузионных факелов. // XI Симпозиум по горению и взрыву. Тезисы докладов. Черноголовка, 1996 .

31. Кузнецов В. Р., Сабельников В. А. Турбулентность и горение. // Москва, «Наука», 1986, 288 стр.

32. Ватажин А. Б., Грабовский В. И., Лихтер В. А., Шульгин В. И. Электрогазодинамические течения. // Москва, «Наука», 1983, 344 с.

33. Белов Р. А., Доктор И. Ю. Определение уровня дымности выхлопных газов авиационных ГТД фильтрационным способом. //ЦИАМ, Труды № 849, 1978

34. Есиков А. Д. Масс -спектрометрический анализ природных вод. //Москва, Наука, 1979.

35. Tsatsaronis G. Prediction of propagating laminar flames in methane, oxygen, nitrogen mixtures. //Combustion and flame, 1978, v.33 p. 217-239361 иршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. // Москва, ИЛ, 1961

36. Гиндзбург И. П. Трение и теплопередача при движении смеси газов. //Ленинград, Издательство Ленинградского университета, 1975, 278 стр.

37. Mason Е. A., Saxena S. С. Aproxímate formula for the thermal conductivity of gas mixtures. // Phisics of fluids, 1958, v.l № 5, p. 361-369

38. Гурвич Л. В. и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ, т.2 //Москва, Издательство АН СССР, 1962, 916 стр.

39. Бабичев А. П. и др. Физические величины. Справочник. //Москва, Энергоатомиздат, 1991,1232с.

40. SmookeM. D., Mitchel R. Е., Keyes D. E. Numerical Solution of Two -Dimensional Axisymmetric Laminar Diffusion Flames // Combust. Sci. And Tech., 1989, pp. 85-122.

41. Kaplan C. R, Shaddix, C. R, Smyth К. C. Computation of Enhanced Soot Productions in Time-Varing CH4 /air Diffusion Flames //Combustion and flame, 1996, v.106 № 4