В результате этого наблюдается снижение температуры. В дальнейшем для нагрева и испарения получившейся жидкости требуется большее количество энергии. Это приводит к снижению испарения и подавлению горения. Отключение источника напряжения приводит к исчезновению внешних сил, а образованные структуры начинают разрушаться. Свойства жидкости возвращаются в начальное состояние, о чем свидетельствует повышение температуры.
Полная исследовательская публикация ________ Решетников С.М., Решетников И.С. и Зырянов И.А.
94 ______________ http://butlerov.com/ _______________ ©--Butlerov Communications. 2011. Vol.25. No.5. P.88-95.
Воздействие электрического поля на границу раздела фаз дает наибольшее увеличение скорости горения. Увеличение высоты факела свидетельствует о том, что в область горения стало поступать больше горючего. При этом, как показали наши измерения, температура на срезе горелки снижается. Это свидетельствует об изменении механизма газообразования, в частности, замене энергозатратного процесса испарения, на процесс, требующий меньше энергии. Из литературных данных известно, что при горении жидкости перенос тепла к поверхности топлива осуществляется излучением. Перенос тепла излучением приводит к объемному поглощению энергии жидкостью.
При этом, максимальный теплоотвод происходит с поверхности за счет испарения. В результате этого реализуется состояние, при котором поверхность жидкости имеет температуру меньшую, чем слой, находящийся под ней. Профиль температуры, который реализуется в данном случае, представлен на рис. 6. Для расчета температуры можно применить уравнение теплопроводности рассмотренное в [32]. Наложение электрического поля приводит к изменению свойств жидкости, что переводит слой с максимальной температурой под поверхностью жидкости в метастабильное состояние и в данном слое начинают появляться пузырьки пара.
Из анализа видеозаписей установлено, что произошло изменение режима горения. Горючее в зону горения начинает поступать большими порциями, которые при сгорании существенно деформируют факел. То есть при наложении поля на границу раздела фаз возникают периодические процессы, в результате которых равномерный процесс испарения заменяется колебательным, порционным процессом образования горючего состава.
Из сравнения фотографий пламени и поверхности жидкости установлено, что моменту образования первого провала поверхности соответствует возникновение всполоха пламени. Это позволяет говорить о взаимосвязи процессов происходящих в пламени и на поверхности жидкости. Так при возникновении каверн наблюдается увеличение пламени, в факеле возникает возмущение, имеющее ярко выраженное боковое направление.
Исходя из этого, можно утверждать, что некоторый объем жидкости оторвался от общей массы и начал самостоятельное движение в произвольном направлении. Попав в горячую зону, данный объем частично испарился, оставшаяся часть воспламенилась и образовала боковое ответвление факела. В дальнейшем процесс повторяется.
Появление пузырьков, размером больше критических, может происходить, и происходит во всем объеме перегретого слоя. Это приводит к образованию паровой прослойки, которая будет увеличиваться с огромной скоростью, за счет интенсивного испарения перегретого слоя. Напротив, поверхностный слой остается неизменным, возникает система из трех разных фаз: жидкая - газообразная - жидкая.
Причем, в связи с интенсивным испарением, внутренняя газообразная фаза будет увеличиваться и толкать вверх объем жидкости. Таким образом, образуется летящий слой жидкости, который, поднимаясь выше, будет распадаться на капли и в факел будет поступать аэрозоль, а не поток паров. Данный механизм фазового перехода был описан Скриповым В.П. и был назван взрывным кипением [33]. Однако при горении данный механизм обнаружен впервые.
Выводы
1. Исследования горения жидкости в электрических полях, созданных локально в области факела пламени, границе раздела фаз и области жидкости показали, что в результате изменения геометрии пламени, при наложении поля направленного к поверхности топлива, скорость горения увеличивается в 2 раза при напряженности 60 кВ/м, при обратном направлении изменение не наблюдается.
2. Предварительная обработка топлива электромагнитными полями приводит к росту молекулярных структур, в результате чего изменяются теплофизические свойства жидкости и, как следствие, наблюдается подавление горения.
3. Наложение электрического поля на границу раздела фаз горения жидкости приводит к изменению механизма фазового перехода, испарение заменяется взрывным кипением, что приводит к резкому возрастанию скорости горения.
Литература
[1] Лоутон Дж., Вайнберг Ф. Электрические аспекты горения. Пер. с англ. Под общ. ред. В.А. Попова. М.: «Энергия». 1976.
[2] Гуляев Г.А., Попков Г.А., Шебко Ю.Н. О влиянии электрического поля на горение смеси пропан-бутан с воздухом. Новосибирск: Физика горения и взрыва. 1985. №4. C.23-25.
[3] Altendorfiier F. Pfadler S., Beyrau F., Leipertz A. Experimental Study of the Response Behaviour of Premixed Flames on the Excitation with satic as well as Transient Electric Fields http://www.ltt.uni-erlangen.de
[4] Most D., Hammer T., Lins G., Branston D.W., Altendorfner F., Beyrau F., Leipertz A. Electric Field Effects for Combustion Control - Optimized Geometr. Prague: 28th ICPIG. 2007. P.1863-1866.
[5] Ксенофонтов С.И., Исаев Н.А. Стабилизация ламинарных пламен дисперсных горючих смесей при отрицательной полярности горелки. Чебоксары: Физика горения и методы ее исследования. 1976. №3. C.40-43.
[6] Гаранин А.Ф., Третьяков П.К., Тупикин А.В. Влияние постоянного и импульсно-периодического электрического поля на горение пропановоздушной смеси. Новосибирск: Физика горения и взрыва. 2008. №1. Т.44. С. 22-25.
[7] Степанов Е.М., Дьячков Б.Г. Ионизация в пламени и электрическое поле. М.: Металлургия. 1968. 311 с.
[8] Красиков Н.Н. О бесконтактном электрополевом воздействии на жидкие системы. Санкт-Петербург: Письма в журнал технической физики. 2000. Т.70. Вып.10. C.120-121.
[9] Пантелеев А.Ф., Попков Г.А., Шебко Ю.Н. Влияние электрического поля на испарение и горение жидкостей. Новосибирск: Физика горения и взрыва. 1992. №3. C.36-39.
[10] Куперштох А.Л., Медведев Д.А. Анизотропная неустойчивость жидких диэлектриков к распаду жидкость - пар в сильных электрических полях. Санкт-Петербург: Письма в журнал технической физики. 2006. Т.32. Вып.14. C.72-80.
[11] Куперштох А.Л., Медведев Д.А. Электрогидродинамическая неустойчивость жидких диэлектриков в сильных электрических полях и распад на анизотропную двухфазную систему жидкость - пар. Доклады академии наук. 2006. Т.411. №6. C.766-769.
[12] Карпов Д.И., Куперштох А.Л. Анизотропный спинодальный распад полярного диэлектрика в сильном электрическом поле: метод молекулярной динамики. Санкт-Петербург: Письма в журнал технической физики. 2009. Т.35. Вып.10. C.87-94.
[13] Смородин Б.Л., Тараут А.В. Электроконвективные волны слабопроводящей жидкости в переменном электрическом поле. http://ehd.pmf.ru/articles/pdfs/2_78.pdf
[14] Красиков Н.Н., Шуваева О.В. Неполярные жидкости в электрическом поле без контакта с потенциалзадающими электродами. Санкт-Петербург: Письма в журнал технической физики. 2001. №20. Т.27. C.35-38.
[15] Стишков Ю.К., Стеблянко А.В. Нарушение гомогенности слабопроводящих жидкостей в сильных элеткрических полях. Санкт-Петербург: Журнал технической физики. 1997. №10. Т.67. C.105-111.
[16] Савиных Б.В., Афлетонов Р.А., Синицын М.А. Теплопроводность жидкостей в электрических полях. Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. Приложение к спецвыпуску. 2002. №10. C.221-230.
[17] Савиных Б.В., Афлетонов Р.А., Синицын М.А. Теплопроводность жидкостей в электрических полях. Казань: Тезисы докладов российской конференции по теплофизическим свойствам веществ. 2002. С. 212-213.
[18] Савиных Б.В., Гумеров Ф.М. Взаимная диффузия жидкостей в электрических полях. Казань: Бутлеровские сообщения. Приложение к спецвыпуску. 2002. №10. C.213-220.
[19] Остапенко А.А. Влияние электрического поля на динамическую вязкость жидких диэлектриков. Санкт - Петербург: Журнал технической физики. 1998. №1. Т.68. C.40-43.
[20] Остапенко А.А. Электровязкостный эффект в переменном электрическом поле. Санкт-Петербург: Журнал технической физики. 2000. Т.70. C.136-138.
[21] Савиных Б.В., Фасхутдинов А.А., Мухамадиев А.А., Пашанин А.В. Динамическая вязкость жидкостей в электрических полях. Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. Приложение к спецвыпуску. 2002. №10. C.204-212.
[22] Tao R., Huang K., Tang H., Bell D. Electrorheology Leads to Efficient Combustion. Energy & Fuels. 2008. Vol.22. P.3785-3788.
[23] R. Tao. Electric-Field Assisted Fuel Atomization. Department of Physics. Temple University, Philadelphia, PA 19122, USA.
[24] Куперштох А.Л., Медведев Д.А. Волны электрострикции и анизотропная неустойчивость жидких диэлектриков в неоднородном электрическом поле. Новосибирск: Всероссийская конференция «Электрофизика материалов и установок». 2007. С. 10-17.
[25] Зубарев Н.М., Зубарева О.В. Равновесная конфигурация поверхности проводящей жидкости во внешнем пространственно-периодическом электрическом поле. Санкт-Петербург: Письма в журнал технической физики. 2010. Т.36. C.40-44.
[26] Зубарев Н.М., Зубарева О.В. Бездисперсное распространение волн конечной амплитуды по поверхности диэлектрической жидкости в тангенциальном электрическом поле. Санкт-Петербург: Письма в журнал технической физики. 2006. Т.33. C.40-44.
[27] Ширяев С.О., Волкова М.В., Григорьев А.И. Нелинейные осцилляции незаряженной электропроводной капли в однородном внешнем электростатическом поле. Санкт-Петербург: Журнал технической физики. 2005. Т.75. C.36-44.
[28] Ширяев С.О. О некоторых закономерностях поляризации и диспергирования капли в электростатическом поле. Санкт-Петербург: Журнал технической физики. 2000. Т.70. C.20-26.
[29] Решетников С.М., Зырянов И.А. Влияние электрического поля на макрокинетику процессов горения. Казань: «Вестник КГТУ». 2011. №1. С. 89-95.
[30] Решетников С.М., Бобров А.С., Зырянов И.А. Влияние электрического поля на структуру диффузионного пламени при различных коэффициентах избытка окислителя. Казань: «Известия вузов. Авиационная техника». 2010. №2. С. 59-62.
[31] Бобров А.С. Влияние электрического поля на тепловую структуру диффузионного пламени коаксиальных струй. Автореф. дис. … канд. тех. наук. 05.07.05. Казань. 2009.
[32] 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. Т.60. C.127-148.
[33] Скрипов В.П., Синицын Е.Н., Павлов П.А., Ермаков Г.В., Муратов Г.Н., Буланов Н.В., Байдаков В.Г. Теплофизические свойства жидкостей в метастабильном состоянии. М: Атомиздат. 1980. 208c.