Диссертация (1141533), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Повышение излучения в инфракрасном диапазоне,54приведёт к повышению теплопередачи излучением от факела пламени к тепловоспринимающим поверхностям топки.Ещё одним важным моментом при использовании электрического поля втопке котла и воздействия его на факел пламени будет являться потенциальная возможность конфигурирования геометрии факела.Из уравнения (51) следует, что в общем случае диполи будут стремитьсясконцентрироваться в точках поля с максимальной напряженностью, которая всвою очередь будет приходиться на площадь поверхности плазмы факела, расположенной меж двух кольцевых электродов.Соответственно внешнее электрическое поле будет интенсифицировать области с максимальной напряжённостью вплоть до пробоя. Пробой не являетсяфункцией воздействия электрического поля на факел пламени рассмотренной вэтой диссертации, так как прохождение разряда происходит через узкий участокпламени, и не может распространяться на весь объём.2.3.
Ионный ветерПредыдущие доводы были актуальны для частиц, обладающих собственным или индуцированным зарядом. Рассмотрим воздействие ионного ветра на частицы смеси. Ионный ветер образуется в следствие дополнительного количестводвижения, приобретаемого ионом и переданному газу при столкновении в концесвободного пробега за единицу времени. Дополнительное количество движения,полученное ионом в направлении электрического поля, сохраняется и приводит кпоявлению объемной силы, действующей на газ. Для пространства между пламенем и электродом уравнение силы ионного ветра отнесённого к единице объёмаимеет вид:± = ±Где напряжённость электрического поля – заряд электрона(55)55 – число зарядов частицыТакая запись возможна на том основании, что при достаточно большихнапряженностях поля, когда силы становятся значительными (но до появления вторичной ионизации), положительные и отрицательные носители заряда существуютсовместно фактически только в очень узкой реакционной зоне во фронте пламени,где они образуются.
Когда энергия, приобретаемая ионами на средней длине свободного пробега, становится достаточно большой и могут происходить столкновения, приводящие к ионизации, вторичные заряды возникающие при этих столкновениях в межэлектродном пространстве, быстро ослабляют суммарную объемнуюсилу. Как только в области положительного пространственного заряда появляютсяэлектроны, они становятся основными носителями тока и эффективная подвижность резко возрастает. Электроны вызывают также вторичную ионизацию, так,как и на пути между неупругими столкновениями они могут приобрести большиеэнергии при сравнительно небольших напряженностях поля. В результате всехэтих процессов при разности потенциалов, близкой к той, при которой впервые обнаруживается вторичная ионизация, объемная сила полностью исчезает.Максимальная сила ионного ветра описывается уравнением:макс2=8(56)Максимальное давление описывается уравнением∆Рмакс2=8(57)Максимальная скорость движения воздуха:макс =(58)2√2Где - напряжённость при пробое ( не учитывает эффект вторичной ионизации в плазме)Максимальная объемная сила, вычисленная для расстояния между электродами, равного 0,5 см, примерно в 800 раз превышает максимальную объемную силу при свободной конвекции в воздухе при нормальных условиях.
При работе в56топке котлоагрегата, данные значения будут в разы снижены, но всё равно могутоставаться эффективным механизмом управления потоками в высокотемпературных зонах котлоагрегата.2.4. Выводы по главе 31.Внешнее электрическое поле будет влиять на форму факела в топкекотлоагрегата, вызывая смещение заряженных частиц и диполей факела.2.Внешнее электрическое поле влияет на скорость горения и жаропроиз-водительность за счёт повышения частоты столкновений.3.Снижение скорости заряженных частиц и диполей в направлении пер-пендикулярном силе действия поля вызывает ограничение свободы перемещениязаряженных частиц, снижая сечения столкновений и длину свободного пробега.4.Влияние электростатических и электромагнитных сил на носители за-ряда можно рассматривать с одной точки зрения, с основным различием в том, чтомагнитное поле будет действовать на частицу только в том случае, если она имееткомпоненту скорости перпендикулярную полю.5.Верхним пределом воздействия электрического поля на факел пламениявляется пробой через пламя и сужение зоны воздействия до точечного пути череззоны наименьшего сопротивления проводника.6.Поле воздействует не только на заряженные частицы исходных компо-нентов реакции, но и на промежуточные частицы в ходе реакции имеющие дипольный момент.7.Сила действия ионного ветра ограничена ранним началом вторичнойионизации, которая наступает раньше пробоя тока через факел.8.Сила действия ионного ветра распространяется на все частицы газовойсреды топки.57ГЛАВА 3.
ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВОсновные технологические параметры воздействия электрического поля нафакел пламени представлены параметрами электрического тока (полярность,напряжённость, частоты электрического тока) и расположением электродов в топкекотельной установки [89], [90],. Параметрами оптимизации при этом являются скорость горения, уровень вредных выбросов СО и NOx в продуктах сгорания, теплообменные характеристики теплопередачи от высокотемпературного факела к тепловоспринимающим поверхностям топки.
Исследовать возможные вариации взаимодействия электрического поля и факела пламени не представляется возможнымв рамках одной диссертации, поэтому в качестве генерируемого электрическоготока выберем постоянное напряжение, так как высокочастотные токи способныснизить затраты электрической энергии на поддержание поля и отобразить резонансные процессы взаимодействия, но эта тема является дальнейшим направлением данных исследований.Планирование эксперимента включает в себя подготовку к экспериментальным исследованиям для подбора оптимальных режимов генерации электрическогополя с целью воздействия на факел пламени в топке котельной.
Основные видывзаимодействия электрического поля на факел пламени рассматривались впредъидущей главе. Анализировать результаты изменения процесса горения будемпо уходящим продуктам сгорания при помощи газоанализатора. Основным параметром измерения будет снижение или повышение оксида углерода, что в своюочередь будет свидетельствовать о полноте сжигания топливной смеси. Характеристики измерительного оборудования приведены в Приложении А.При планировании по схеме полного факторного эксперимента (ПФЭ) реализуются всевозможные комбинации факторов на всех выбранных для исследования уровнях.
Необходимое количество опытов N при ПФЭ определяется по формуле [91], N=nk, где n – количество уровней, к- количество факторов. Если эксперименты проводятся только на двух уровнях, при двух значениях факторов и, при58этом в процессе эксперимента осуществляются все возможные комбинации из «к»факторов, то постановка опытов по такому плану называется полным факторнымэкспериментом типа «2к». Уровни факторов представляют собой границы исследуемой области по данному технологическому параметру. Эксперименты типа «2к»и запланированы для выяснения всех зависимостей.С точки зрения повышения технико-экономических показателей котельнойустановки, важны три направления воздействий: повышение эффективности сжигания топлива, повышение мощности котла, снижение вредных выбросов.
Глававключает в себя лабораторные исследования по всем трём направлениям повышения теплотехнических характеристик котла при сжигании газового топлива. Дляэтого собирались лабораторные стенды, наиболее полно отражающие сжигание факела в котельных установках, но с упрощениями, допускающими исследования инструментальными методами.3.1. Планирование эксперимента №1. Воздействие электрическогополя на факел пламени с точки зрения изменения температуры и формыфакелаЦель эксперимента: выявить изменения в температурном режиме пламенипри воздействии на него внешнего электрического поля.Параметр оптимизации: температура и форма пламени.Для оценки влияния электрического поля на температуру факела пламениспланирован двухуровневый двухфакторный эксперимент [91]. Задача планирования будет иметь вид: U=f (t, A), где U параметр оптимизации, а f (t, A) – функцияотклика.
Изменяя напряжение на горелке, будем отслеживать изменения в температуре и форме пламени при помощи тепловизора. Пламя предполагается делитьна температурные зоны с заданным шагом. По занимаемой доле каждого слоя оценивать изменения формы пламени и внутреннее распределение температур.593.1.1. Описание экспериментальной установки и методика проведенияэкспериментаСхема установки:2214343617755Рисунок 5 - Схема экспериментальной установки оценки изменения формы и температурныхслоев факела пламени от электрического напряженияСостав установки:1.
Газовая горелка от компактного баллона с пропаном для бытовых целей.2. Тепловизор FLUKE IR 32 / фотоаппарат Nikon D300s.3. Термопара хромель-алюмель.4. Тестер для снятия показаний термопары.5. Регулировка газа.6. Крепление горелки с уплотнением из диэлектрика.7. Подача напряжения от генератора электрического тока / контроль напряжения при помощи киловольтметра С96.Электрическая схема изображенная на Рисунок 5 как низковольтный высокоэффективный двухтактный преобразователь напряжения [92]следующей конструкции:- входное напряжение должно быть в диапазоне 12-15В.
Питание микросхемы выполнено через фильтрующий дроссель, запирающий ультрабыстрый диод60(чтобы питающий конденсатор не разряжался о нагрузку) и 'питающий' конденсатор большой емкости. Такая схема позволяет избежать помех по питанию и скачковпитающего напряжения;- силовая часть выполнена на двух подходящих по мощности полевых транзисторах c напряжением не менее 200В для предотвращения пробоя от всплесковсамоиндукции изображена на Рисунок 6. Для сглаживания перенапряжений в первичных обмотках установлены два демпфирующих устройства («снаббера») R5C4и R1C5. Данная схема подключается к строчному трансформатору, имеющему двеобмотки с числом витков 4-10, в зависимости от необходимой мощности и выходного напряжения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
