Atklājumi.lv

Modris Purmalis. Elektriskā lauka ietekme uz liesmas siltuma atdevi sildvirsmai

Iepriekšējā rakstā [1] parādīts,ka ārējais elektriskais lauks (ĀEL, lauks) paātrina šķidrumu iztvaikošanu vairākas reizes. Tas ir viens no iemesliem, kapēc paātrinās šķidras degvielas sadegšana ĀEL ietekmē, piemēram benzīna sadegšanas ilgums samazinās par 68-78% atkarībā no elektrodu polaritātes un veida [2].

Tāpat petrolejas, etilspirta un acetona sadegšanas ilgums gaisā, kas apstrādāts jonizatorā samazinās par 4-39% atkarībā no degvielas, lauka intensitates E un strāvas I jonizatorā [3].

Bez degšanas intensifikācijas, praktiski svarīga ir liesmas siltuma atdeve sildvirsmai ĀEL ietekmē. Petrolejas liesmas siltuma atdeve caur sildcaurules virsmu uz ūdeni laboratorijas minikatlā lauka ietekmē sasilda ūdeni par d Q = 11-16% vairāk nekā bez lauka atkarībā no elektrodu polaritates, pie kam kā viens no elektrodiem tiek izmantots pats petrolejas deglis [4]. Līdzīgi eksperimenti izdarīti arī ar propāna-butāna liesmu [5], pie kam palielinot spriegumu virs 8,5 kV, liesma nodziest. Efektu var izmantot ugunsdzēšanā.

Benzīna liesmas siltumatdeve lauka ietekmē darbā [2] nav apskatīta, jo tur izmantotā iekārta ļauj noteikt tikai benzīna sadegšanas ātrumu, tāpēc tika izmantota iekārta, kuras shema parādīta zīm. 1.

Zīm. 1 1-sildvirsma SV (sildcaurule Die=68mm, augstums 237mm), 2-ūdens apvalks, 3-benzīna deglis D, t1, t2-ūdens termometri, tdg-dūmgāzu termometrs, G-ūdens daudzums,U, I, v pieliktais spriegums, strāva I =1-5 mkA, frekvence v = 50 Hz, h-SV atstatums no D (elektrodu atstatums).

Ūdens apvalkā 2 tika iepildīts konstants ūdens daudzums G=3,7kg. Kā elektrodi lauka radīšanai tika izmantoti benzīna deglis 3 un sildcaurule 1, kuriem pieslēdza augstsprieguma ģeneratora izvadus, pie kam viens no izvadiem un sildcaurule tika iezemēti. Ieslēdzot ģeneratoru, starp D un SV galiem rodas elektriskais lauks, kas iedarbojas uz degmaisījumu un liesmu ar intensitāti E=U/h, V/m.

Eksperiments ilgst τ = 15minūtes un šai laikā nosaka ūdens temperatūras t1 un t2 kā arī dūmgāzu temperatūru tdg sākumā un beigās. Tāpat tas notiek ar eksperimentu bez lauka
un iegūtos rezultātus salīdzina. Galvenie rezultāti parādīti 1. tabulā.

Eksperiments notiek bez ūdens maisīšanas ūdens apvalkā 2.

No 1. tabulas un zīm. 2 redzams, ka liesmas siltuma atdeve ūdenim lauka ietekmē palielinās vidēji 3 reizes un maksimāli 4-5 reizes, salīdzinot ar to pašu bez lauka minētajos eksperimenta apstākļos.

Zīm. 2 redzams straujš ūdens sasiluma d Q1 pieaugums, palielinoties potenciālam U starp elektrodiem, kas izskaidrojams ar sildvirsmas 2 robežslāņa izmaiņām lauka ietekmē, kas palielina siltuma pāreju uz ūdeni, kā arī ar degšanas intensifikāciju, uz ko norāda benzīna patēriņa pieaugums d B.

Liesmas siltuma atdevi stipri iespaido lauka frekvence v. Citā eksperimentā tika izmantots augstsprieguma impulsu ģenerators ar maināmu frekvenci impulsā 0,4-1,2 kHz. Impulsa forma parādīta zīm. 3.

Eksperimentālā iekārta parādīta zīm. 4.

Ūdens apvalkā 2 tika iepildīts konstants ūdens daudzums G=3,7kg. Kā elektrodi lauka radīšanai tika izmantoti gāzes deglis 3 un sildcaurule 1, kuriem pieslēdza augstsprieguma ģeneratora izvadus, pie kam viens no izvadiem un sildcaurule tika iezemēti. Ieslēdzot ģeneratoru, starp D un SV galiem rodas elektriskais lauks,kas iedarbojas uz gāzes liesmu.

Eksperimenta laikā sadedzina noteiktu propāna-butāna daudzumu Vg= 0,86 l un nosaka ūdens temperatūru t, kā arī dūmgāzu temperaturu tdg sakumā un beigās. Tāpat tas notiek ar eksperimentu bez lauka un iegūtos rezultātus salīdzina. Galvenie rezultāti pie dažādām impulsa frekvencēm parādīti 2. tabulā.

No 2. tabulas un zīm. 5 redzams, ka lielākā siltuma atdeve notiek pie v = 0,6 kHz, kura apmēram sakrīt ar karsto gāzu svārstību pamatfrekvenci caurulē 1 bez lauka [6]. Karsto gāzus svārstību pamatfrekvenci var noteikt pēc formulas [7]

f=ϑ1/((2*(L+0,8*Die)),Hz
ϑ1= ϑ+0,59*tdg vid
kur : ϑ – skaņas ātrums gaisā 331 m/s, tdg vid – vidējā dūmgāzu temperatūra,°C, L caurules garums 237mm, Die = 68mm.

No 2. tabulas un zīm. 5 redzams, ka vislielākā siltuma atdeve no liesmas ir pie v = 0,6 kHz, kura sakrīt ar šī eksperimenta pamatfrekvenci f= (331+0,59*47,26)/((2*(0,273+0,8*0,068)))/1000 =0,6 kHz. Arī no zīm. 6 izriet, ka ūdens temperatūra maksimāli paaugstinās pie v = 0,6 kHz, pie kam dūmgāzu temperatūra izmainās pretēji ūdens temperatūras izmaiņām.

Zīm. 5 redzami 3 ekstremumi frekvenču ķēdē : 0,1---0,6---1,1 kHz ik pa 0,5 kHz, pie kam v=0,6 kHz rezonē ar karsto gāzu pamatfrekvenci f=0,6 kHz.

Ir konstatēts[8], ka pielietojot lauka radīšanai sinusoidālu maiņstrāvu, kuras frekvence ir 165-330-495 Hz, t.i. v = 1*f – 2*f – 3*f, liesmas temperatūra pieaug par 8% vai no 2800°C līdz 2990°C.

Padziļināti pētījumi par lauka frekvenču iespaidu uz propāna liesmu aprakstīti darbā [9], NO x un CO samazināšanās dabas gāzes liesmā pie frekvencēm līdz 200 Hz darbā [10] un NO x, CO izmaiņas propāna liesmā pie frekvencēm 30-110 Hz darbā [11]. Tātad lauks iespaido ne tikai liesmas siltuma atdevi un siltuma pāreju, bet arī degšanas reakciju kinētiku, izmainot sadegšanas produktu sastāvu, piemēram, NO x un CO saturu dūmgāzēs. Tā jau ir atsevišķa un daudz plašāka tēma.

Literatūra

1. Modris Purmalis. Iztvaikošanas un žāvēšanas intensifikācija bez siltuma pievadīšanas. www.atklajumi.lv
2. М.Я.Пурмал. Использование электрических полей для интенсификации горения. ЭЛЕКТРОННАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ, 1983, №6, сс.42-44.
3. Пурмал М.Я. Применение ионизированного воздуха для интенсификации горения . Известия ВУЗ-ов, ЭНЕРГЕТИКА, 1981, №4, сс.110-112.
4. Пурмал М.Я. Об итенсификации горения керосинового факела наложением электрического поля. Известия ВУЗ-ов, ЭНЕРГЕТИКА, 1981, №8, сс.110-112.
5. М.Я.Пурмал. Горение пропана в электрическом поле. ЭЛЕКТРОННАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ, 1981, №2, сс.53-54.
6. М.Я.Пурмал. а.с.СССР №1103040, кл.F 23 C 11/00, от 15.07.1984.
7. М.Я.Пурмал. Влияние переменного электрического поля на пламя пропан-бутана. ЭЛЕКТРОННАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ, 1985, №2, сс.35-36.
8. а.с.СССР №1263966, кл.F 23 C 11/00, от 15.10.1986.
9. I.Ukradiga, D.Turlajs, M.Purmals, I.Barmina, M.Zake. EFFECT OF AN ALTERNATING ELECTRIC FIELD ON THE POLLUTING EMISSIONS FROM
PROPANE FLAME. MAGNETOHYDRODYNAMICS Vol.37(2001), No.4, pp.404-416. www.mhd.sal.lv/contents/2001/index.html
10. Toomas TIIKMA and Allan VRAGER. LOW FREQUENCY SONIC FIELD INFLUENCE TO THE HEAT TRANSFER IN COMBUSTION CHAMBER. www.etis.el/Portal/
11. Yei-Chin Chao, Yau-Wei Huang, and Der-Chyun Wu. POSSIBILITY OF CONTROLING POLLUTION EMISSIONS FROM A JET FLAME BY ACOUSTIC EXCITATION. www.iwr.uni-heidelberg.de/groups/reaflow/user/

© Atklajumi.lv. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.