пламя в магнитном поле

Майкл Фарадей, демонстрировавший загадки пламени школьникам на своих знаменитых “фарадеевских” лекциях, оставил в наследство немало загадок и для вполне состоявшихся исследователей. Именно он впервые поставил вопрос о том, почему магнитное поле влияет на горение свечи [1]. Многолетние соревнования интерпретаторов в теоретическом описании этого явления так и не позволили дать исчерпывающий ответ на этот вопрос. Таким же трудным он оказался и при рассмотрении влияния электрического поля на горение (электрическое поле напряженностью 3 кВ/см оказывает влияние на пламя, аналогичное магнитному полю 1 Тл).

Газодинамические премудрости потоков заряженных ионов, сила Лоренца, магнитные (кстати, тоже фарадеевские) силы и другие факторы были рассмотрены множество раз. Однако сама постановка эксперимента отличается от исследования к исследованию. Такие факторы, как неоднородность магнитного поля, влияние пламени на намагничивание полюсов и прочие артефакты давно засорили накопленный экспериментальный материал, не давая в нем разобраться ясному уму. Поэтому переоткрывая старое новое, в [2] были выполнены изящные современные исследования этого старого вопроса. “Регламентированное” горение достигалось в аккуратном устройстве, обеспечивающем воспроизводимое устойчивое ламинарное горение этиленовых паров. Самый скользкий вопрос о регистрации пламени и определении его характеристик (раньше это делалось преимущественно “на глаз”) был решен с помощью цифровой голографической интерферометрии. Этот экспериментальный метод позволял получать распределение температуры пламени в виде карты фазового контраста (рис.1). Отсутствие линз в устройстве (а значит и абберационных искажений), а также высокочувствительные цифровые датчики позволяли добиться высокой контрастности голографического изображения. Материал полюсных наконечников магнита был специально подобран так, чтобы возможные вариации температуры оставляли без изменения магнитное поле, которое, во избежание множественности толкований, было просто однородным.

Карта разности фазовых контрастов воздуха без пламени и с пламенем в отсутствие магнитного поля (а)
и в магнитном поле 0.35 Тл ( b ).

В результате было достоверно установлено, что в магнитном поле температура пламени повышается, а само пламя становится шире (см. рис.). Авторы [2] полагают, что роль магнитного поля сводится к тому, что оно притягивает парамагнитный кислород и отталкивает остальные диамагнитные продукты горения. При этом облегчается приток кислорода к продуктам горения и интенсифицируется окисление органических молекул. Однако эти выводы требуют уточнения данных о магнитных свойствах продуктов и реагентов горения. Таким образом, даже, казалось бы, простой (не квантовый и не космический) объект исследования – пламя не так уж легко поддаётся объяснению.

Источник

Пламя в магнитном поле

Пламя — явление, вызванное свечением раскалённой газообразной среды, в ряде случаев содержащей плазму и/или диспергированные твёрдые вещества, в которой происходят физико-химические превращения реагентов, приводящие к свечению, тепловыделению и саморазогреву [2].

Рис.1 – Ионная структура пламени

В плазме пламени, в результате химической реакции, концентрация заряженных частиц составляет 1012 ионов/см3. Положительно и отрицательно заряженные частицы содержатся приблизительно в равном количестве. Распределение их по пламени не является однородным. Положительно заряженные частицы расположены по краю пламени, отрицательные в середине. Квазинейтральность и высокая энергоёмкость процесса с неравномерным распределением зарядов указывает на потенциальную перспективу воздействия электрического поля.

Научный подход, в вопросе взаимодействия двух энергий различной природы и воздействие электрического поля на процесс горения исследовали A.Ф. Гаранин, П.К. Третьяков, А.В. Тупикин, Н.А. Исаев, Г.С. Столяренко, В.Н. Вязовик, О.В. Водяник, Ю.Д. Марцинишин и др. В 60-х годах прошлого века, рассматривались три вида воздействия электрической энергии на пламя[1]:

• Переход энергии электрического поля в тепловую – пламя с электрической точки зрения представляет собой сопротивление, при продольном прохождение через него электрического тока выделяется теплота. При некоторых наложениях ожидается уменьшение поверхности горения при увеличении силы тока вплоть до дугового разряда.

• Прямое воздействие электрического поля на процесс горения – в пламени, при воздействии электрического поля, увеличивается энергия электронов, и создаются новые активные центры в виде свободных частиц, а также возрастает скорость горения смеси и происходит расширение пределов устойчивости за счет увеличения критической скорости срыва.

• Ионный ветер – перемещение положительных электронов в пламени к отрицательному электроду, что влияет на геометрические размеры.

Эти данные были проверены наложением электрического поля на простую горелку с постоянным расходом пламени. Исследования проводились для определения преобладающего механизма воздействия электрического поля на пламя, и подтверждения теоретических основ воздействия на практическом результате. В проанализированной литературе не приведены конкретные условия, при которых производились замеры. Отсутствуют расход газа через горелку, детальные характеристики накладываемого электрического поля, точный состав сгорающей смеси. Полученные результаты исследований, подтверждающие теоретические данные, приведены в таблице 1.

Воздействие электрического поля на пламя[1]

Варианты схем наложения электрических полей и заряда и характеристики распространения пламени

механизм влияния электрического поля и заряда на распространение пламени

Источник

Исследование эффективности сгорания газового топлива при воздействии на него магнитного поля

Физико-математические науки

Похожие материалы

В современных условиях при переходе к рыночным отношениям для решения проблемы энергосбережения и энергоэффективности значительное внимание уделяется снижению потребления топлива нефтяного и газового происхождения, ввиду повышения стоимости и снижения общемировых запасов. Одной из новых технологий в области энергосбережения является магнитная активация топлива.

В шестидесятых годах ученый Саймон Раскин установил, что существует такая конструкция активаторов топлива, благодаря которой обеспечивается улучшение показателей двигателей внутреннего сгорания. Для увеличения интенсивности разрыва углеводородных цепей в топливе, он использовал специальный магнитно-неодимовый сплав, описанный в работе [1].

На сегодняшний день такие отечественными фирмы, как КБ «Нитрон», ООО «Иннова-Орто», предлагают к применению большой спектр магнитных активаторов топлива. В их основу положены изменения, которые происходят в среде при её движении в магнитном поле. По данным изготовителей происходит полная очистка двигателей от копоти и кокса, предотвращается образования нагара на клапанах, поршневых кольцах, стенках цилиндров, уменьшается выброс вредных газов в атмосферу, снижается уровень шума и вибраций. Однако, несмотря на кажущуюся простоту конструкции устройств и доступность обработки, в эксплуатации далеко не всегда удается получить положительный эффект, заявленный производителем [2].

Известны устройства такие как, «Powermag», «Союзинтеллект», а также изобретения такие как, «ЭКОМАГ-10Г», «СТАТ-7», «Аппарат Помазкина», при этом все патенты на эти устройства утратили силу и не поддерживаются.

Одним из последних устройств в области магнитной обработки топлива является ОРТО-модификатор ОМТ-5 компании ООО «Иннова-Орто». Автопарки таких компаний как ООО «Авторемонт» г. Череповец, МУП «Автоколонна», г. Череповец, ООО «Барселона», г. Севастополь, ООО «СтройПуть», Вологодская область, ОАО «Белаз-Холдинг», провели испытания данного устройства. Результаты, зафиксированные различными актами и отзывами компаний, утверждают, что сократилось время запуска и прогрева двигателя в зимнее время, снизилась стартовая нагрузка на аккумулятор, улучшилась работа двигателя при пониженной температуре и повышенной влажности, снизился расход топлива на 15% и масла на 12%, уменьшилась дымность двигателя, увеличилась производительности труда на 7%.

Магнитный активатор «ОРТО-модификатор ОМТ-5», представленный производителем ООО «Иннова-Орто», соответствует требованиям ТУ 4591-005-90449293-2011 и признан годным к эксплуатации. Однако, при обзоре технического условия, не были выявлены общие положения и стандарты для магнитного активатора. Это говорит о том, что в настоящее время нет существующих нормативных документов, стандартизирующих устройство и их работу. Таким образом, дальнейшее изучение и разработка подобных активаторов топлива должны быть направлены на составление общих технических условий.

Для исследование влияния магнитного поля на свойства газа в процессе его горения был взят активатор топлива ОРТО-модификатор ОМТ-5.

Рисунок 1 – Устройство для магнитной обработки сред ОРТО модификатор ОМТ-5: 1 – корпус; 2 – крышка; 3 – штуцер для входа газа; 4 – штуцер для выхода газа; 5 – модуль магнита; 6 – зигзагообразный проточный канал; 7 – шайба; 8 – магнит

Согласно рисунку 1, устройство содержит корпус 1, с каждой стороны корпуса крепятся крышки 2 со штуцерами для входа 3 и выхода 4 газа из модификатора диаметром 8 мм. Источником магнитного поля являются модули магнитов 5, расположенные в корпусе. Благодаря специальному расположению модулей образуется зигзагообразный проточный канал 6. Модуль магнита 5 состоит из шайбы 7 и магнитного диска 8 [3].

Для дальнейшего исследование влияния магнитного поля на свойства газа в процессе его горения используется лабораторная установка.

В качестве топлива для лабораторной установки служит газовый баллон «Турист» для портативных газовых приборов. Один баллон для серии испытаний с использованием магнитных дисков из сплава неодим-железо-бор, другой для испытаний немагнитных дисков из сплава медно-никелево. Состав газа: бутан, изобутан, пропан.

Соответствует ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления», соответствует европейскому стандарту EN 417, отвечает требованиям ISO 9001, ISO 14001.

На рисунке 2 показана лабораторная установка для исследования влияния магнитного поля на свойства газа.

Рисунок 2 – Установка для исследования влияния магнитного поля на свойства газа: 1-газовая горелка; 2-штатив; 3- ОРТО-модификатор ОМТ-5; 4-газовый шланг; 5-кран с фиксатором; 6-газовый баллончик

Согласно рисунку 2, ОРТО-модификатор 3 при помощи шланга 4 подключен к газовому баллону 6 с одной стороны и к газовой горелке 1 с другой. В качестве удерживающего устройства для всей установки служит штатив 2.

Заявленная установка работает следующим образом. Поток обрабатываемого газа, поступающий из газового баллончика, через входной штуцер модификатора поступает в корпус, где происходит разделение на два потока. Потоки движутся навстречу друг другу и активно сталкиваются. Далее происходит разворот на заданный угол α. Таким образом, обрабатываемый газ движется зигзагообразно по проточному каналу и перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Далее поток турбулизируется за счет гидродинамического сопротивления, обусловленного формой проточного канала. В турбулентном потоке группы молекул интенсивно трутся и сталкиваются, что приводит к их частичному распаду, уменьшению вязкости и увеличению объемной доли газа, и, в конечном итоге, повышению активности топлива в окислительных реакциях. Газ, обработанный магнитным полем, через выходной штуцер выходит из корпуса и поступает в горелку [4].

Порядок работы на лабораторной установке для исследования влияния магнитного поля на свойства газа проходит в следующем порядке:

Испытания проводятся несколько раз. Далее, магнитные диски в модулях модификатора заменяются на немагнитные, и исследования повторяются в той же последовательности.

На рисунке 3 показан график изменения массы газового баллона при использовании магнитных дисков из сплава неодим-железо-бор и немагнитных дисков из сплава медно-никелево в шайбах модулей орто-модификатора ОМТ-5.

Рисунок 3 – График изменения массы газового баллона

По результатам проведенных испытаний выявлено, что предлагаемый орто-модификатор ОМТ-5 при использовании магнитных дисков из сплава неодим-железо-бор позволяет более эффективно использовать газ для последующего применения, при этом расход сокращается на 12%.

Для описания формы и характера пламени используются схемы свободных факелов: ламинарного и турбулентного [4].

На рисунке 4а показан ламинарный факел в сравнении с факелом горелки, где использовались немагнитные диски в модулях модификатора.

Рисунок 4 – Сравнение форм пламени:
а) ламинарный факел с использованием немагнитных дисков
б) турбулентный факел с использованием магнитных дисков

Согласно рисунку 4а, можно отметить яркую светимость пламени и заметно просматриваемый конусный фронт. Заметны и четкие границы пламени, характерные для ламинарной формы.

На рисунке 4б показан турбулентный факел в сравнении с факелом горелки, где использовались магнитные диски в модулях модификатора.

Согласно рисунку 4б, можно отметить, что нет четкого конусного фронта горения, при этом видны отдельные частицы факела, которые раздроблены пульсациями пламени. Процесс горения протекает по всему объему, просматривается повышенная интенсивность горения пламени по аналогии с результатами в работах [5, 6]. На рисунке 5 показано сравнительное пламя горелок с размерами при использовании магнитных и немагнитных дисков.

Рисунок 5 – Сравнительное пламя горелок с размерами при использовании магнитных и немагнитных дисков

Таким образом, экспериментально получено, что применение магнитных дисков из сплава неодим-железо-бор позволяет снизить расход топлива на 12%, при этом магнитное поле влияет на характер пламени.

Список литературы

Завершение формирования электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Создание электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Электронное периодическое издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), свидетельство о регистрации СМИ — ЭЛ № ФС77-41429 от 23.07.2010 г.

Соучредители СМИ: Долганов А.А., Майоров Е.В.

Источник

is2006

is2006

Интересное открытие сделали физики из Института теплофизики экстремальных состояний РАН и МИФИ. Оказывается, интенсивность детонации и силу взрывной волны можно повысить магнитным полем определенного направления. Таким способом ученые предлагают увеличить КПД и уменьшить размер двигателей внутреннего сгорания.

Горючую газовую смесь поджигают электрическим разрядом — «искрой». Ударная волна от разряда, движущаяся со сверхзвуковой скоростью, сжимает и нагревает газовую смесь, которая воспламеняется. Выделяющаяся энергия поддерживает ударную волну, которая и обеспечивает самораспространение процесса. Этим детонация отличается от горения. Ученые обнаружили, что если создать внешнее магнитное поле, совпадающее с полем искрового разрядника, то взрывная волна ускоряется на 50 м/с, а преддетонационное расстояние от него в газовой смеси сокращается в 5 раз. Напротив, если магнитные поля разрядника и внешнее поле противоположны по направлению, взрывная волна замедляется на 100 м/с, а детонация и вовсе не происходит, так как фронт пламени отстает от ударной волны.

Свои опыты физики поставили в детонационной камере сгорания. Это труба длиной 2,5 метра и диаметром 8 сантиметров. Вблизи одного из торцов камеры расположен искровой разрядник. Перед каждым экспериментом из камеры откачивали воздух и заполняли ее водородно-воздушной смесью. Во время испытаний скорость ударной волны в приборе фиксируют датчики давления, а распространение фронта пламени — фотодатчики, расставленные внутри по всей длине камеры.

Схема экспериментальной детонационной камеры сгорания переменного сечения: 1 — коллектор подвода горючего и окислителя, 2 — блок поджига, 3 — форкамера, 4 — переходник, 5 — основная камера, 6 — узел усиления, 7 — канал пересжатой детонации, a-l — датчики (рис. с сайта http://ihed.ras.ru/)

Внешнее магнитное поле исследователи создавали с помощью двух катушек индуктивности, расположенных вне камеры на уровне разрядника. По расчетам, если векторы внешнего и собственного магнитных полей совпадают, то магнитная индукция внутри разрядника возрастает на треть, а если противоположно направлены — на столько же уменьшается. В детонационной камере с воздухом без газовой смеси в первом случае скорость ударной волны выше на 50 м/с, а во втором — на 100 м/с ниже, чем без магнитного поля снаружи.

Максимальные удельные мощности энерговыделения в камерах сгорания различных двигателей (рис. с сайта ihed.ras.ru)

Источник

Интересное открытие сделали физики из Института теплофизики экстремальных состояний РАН и МИФИ. Оказывается, интенсивность детонации и силу взрывной волны можно повысить магнитным полем определенного направления. Таким способом ученые предлагают увеличить КПД и уменьшить размер двигателей внутреннего сгорания.

Горючую газовую смесь поджигают электрическим разрядом — «искрой». Ударная волна от разряда, движущаяся со сверхзвуковой скоростью, сжимает и нагревает газовую смесь, которая воспламеняется. Выделяющаяся энергия поддерживает ударную волну, которая и обеспечивает самораспространение процесса. Этим детонация отличается от горения. Ученые обнаружили, что если создать внешнее магнитное поле, совпадающее с полем искрового разрядника, то взрывная волна ускоряется на 50 м/с, а преддетонационное расстояние от него в газовой смеси сокращается в 5 раз. Напротив, если магнитные поля разрядника и внешнее поле противоположны по направлению, взрывная волна замедляется на 100 м/с, а детонация и вовсе не происходит, так как фронт пламени отстает от ударной волны.

Свои опыты физики поставили в детонационной камере сгорания. Это труба длиной 2,5 метра и диаметром 8 сантиметров. Вблизи одного из торцов камеры расположен искровой разрядник. Перед каждым экспериментом из камеры откачивали воздух и заполняли ее водородно-воздушной смесью. Во время испытаний скорость ударной волны в приборе фиксируют датчики давления, а распространение фронта пламени — фотодатчики, расставленные внутри по всей длине камеры.

Внешнее магнитное поле исследователи создавали с помощью двух катушек индуктивности, расположенных вне камеры на уровне разрядника. По расчетам, если векторы внешнего и собственного магнитных полей совпадают, то магнитная индукция внутри разрядника возрастает на треть, а если противоположно направлены — на столько же уменьшается. В детонационной камере с воздухом без газовой смеси в первом случае скорость ударной волны выше на 50 м/с, а во втором — на 100 м/с ниже, чем без магнитного поля снаружи.

Источник

• ← стерся диск позвоночника в поясничном отделе что делать
• справка о доходах сотрудников силовых ведомств что это →