ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ионизация в факеле из "Основы общей теории печей Изд.2" Для суждения о влиянии состава горючего газа на срыв пламени горючих смесей воздухом могут служить кривые на рис. 97, где на оси абсцисс отложено содержание воздуха в смеси по отношению к стехиомет-рическому (100а %). Как видно из рис. 97, быстрее всего достигается явление срыва у бутана, затем идет природный газ. Линия водорода расположена выше всех. [c.173] Л+— концентрация положительных ионов атома Л е — концентрация свободных электронов. [c.173] При этом предполагается, что как атом, так и положительный ион и электрон ведут себя как идеальные газы и что [Л+]=[е]. [c.173] Для газообразных компонентов факела таких,, как Оо, N2, Нг, Н2О, СО, СО2, ОН, О, Н, потенциалы ионизации составляют 12—16 эв, т. е. очень высоки. Поэтому при температурах пламени ионизация этих компонентов ничтожно мала. [c.174] Потенциал ионизации таких компонентов, как N0 (9,5 эе), СНз (8 эв), К (4,33 эв), Ка (5,14 эв) и Са (6,11 эв), значительно ниже поэтому и (пр и тeм пepaтypax пламени они могут обеспечивать ощутимую ио(низацию, например 1%-ная концентрация N0 дает при 2000° К Ю свободных электронов на 1 см - неболь-щие количества (парциальное давление 10 ата) К, Ма и Са при той же температуре дают соответственно порядка 10 , Ю и 10 ° свободных электронов в 1 см . [c.174] Известное влияние на ионизацию пламени оказывают образование из нейтрального атома кислорода отрицательного иона (0 ) с потенциалом ионизации 2,2 эв. Однако при этом процессе соответственно уменьшается количество свободных электронов суммарное количество ионизированных частиц не меняется. Присутствие в пламени частиц с противоположным зарядом влечет за собой процесс рекомбинации, скорость которого в общем случае пропорциональна концентрации отрицательных и положительных ионов. [c.174] В соответствии с современными представлениями основная часть отрицательных ио нов в пламенах —свободные электроны. Объясняется это тем, что электронное сродство большинства молекул невелико и поэтому отрицательные молекулярные ионы при высоких температурах нестабильны. [c.174] Поскольку порядок температуры в пламенах тот же, что и для вольтовой дуги (при атмосферном давлении), постольку порядок коэффициента рекомбинации должен быть для пламени и электрической дуги одинаковым (а 2 10 °). [c.175] Нетрудно предполож ить, что при высокой равновесной концентрации положительных и отрицательных частиц скорость рекомбинации будет обеспечивать состояние, близкое к рад новес-ному. Напротив, если при низкой равновесной концентрации в зоне реакции возникает высокая ионизация, то она может быть выше равновесной в течение нескольких секунд. [c.175] Повышенная ионизация характерна также для пламен, получаемых при сжигании углеводородов, несмотря на то что потенциал иоиизации как самих углеводородов, так и некоторых ра-дикало(В (ОН, С2 я др.) выше И эв. Одной из гипотез, объясняющих это явление, является гипотеза Льюиса и Эльбе [ПО], согласно которой повышенная ионизация углеводородных пламен объясняется присутствием самых мелких частиц сажистого углерода ( 0,01 х) и их зародышей, для которых потенциал ионизации будет низким и приближаться к потенциалу ионизации углерода (3,93 эв). В то же время пока нет оснований отрицать роль некоторых радикалов, имеющих относительно низкий потенциал ионизации [СНз — СН2 (8,78 эе) СН2 — СН (8,16 эв) СН (8,25 эе)]. [c.175] Обобщая сказанное, можно отметить, что высокая ионизация в зоне реакции некоторых пламен (10 2 отрицательных частиц в 1 см ) по сравнению с равновесной (порядка 10 отрицательных частиц в 1 см ) объясняется главным образом присутствием в пламени мельчайших частиц сажистого углерода и некоторых радикалов, небольших количеств щелочных и щелочноземельных металлов, а также низкой величиной коэффициента рекомбинации. В дальнейшем с развитием теории горения, по-видимому, будет доказана особая роль ионизация в процессе воспламенения и горения. Под действием теплового возбуждения (подогрев горючей смеси) и, как следствие, усиления всех видов движения молекул облегчается ход процесса ионизации, особенно если в процессе подогрева появляются продукты с более низким потенциалом ионизации. [c.175] Известное насыщение горючей смеси заряженными частицами обеспечивает процесс самовоспламенения и затем равновесное горение, при котором продолжается энергичный ионный обмен, характеризуемый цепным процессом реакции горения. [c.175] Отсюда следует, что подготовка топлива к воспламенению, по-видимому, означает ионизацию его молекул или получение свободных радикалов с низким потенциалом ионизации. [c.175] НО более высоком уровне. Так как необходимый потенциал ионизации может быть обеспечен за счет использования любого вида энергии, то подготовка топлива к воспламенению лринципи-ально может быть осуществлена не только путем подвода тепла, но также путем подвода электрической или лучистой энергии. [c.176] Поскольку в результате процесса ионизации пламя становится электрически активным, возникает вопрос о влиянии электрического поля на процессы в горящем факеле. [c.176] Это влияние изучалось неоднократно. Так, установлено, что стационарное пламя в поперечном электрическом поле отклоняется в сторону отрицательного электрода. [c.176] При этом фронт пламени удерживается вблизи отрицательного электрода и, как следствие, теплоотдача к последнему от пламени возрастает. [c.176] Объясняется это тем, что положительные ионы такого же размера, как молекулы, направляясь к отрицательному электроду и сталкиваясь с молекулами, ориентируют весь поток в этом направлении. Обратное движение электронов вследствие их малых размеров не изменяет общей картины. Этот эффект получил название электрического ветра. [c.176] Известно также, что наложение поперечного электрического поля замедляет распространение пламени в трубах (особенно высокоионизированного углеводородного пламени), а также предотвращает явление детонации и т. д. [c.176] Степановым и автором [111] изучено влияние горения а ионизацию (точнее проводимость) свободного вертикального факела городского газа Qp — 7000 ккал нм ), а также влияние на ионизацию предварительного подогрева газа до 200—750°. [c.176] Вернуться к основной статье