Influence of the electric field on the burning rate of alkanes
The effect of a homogeneous electric field on the burning of alkane particles in air is investigated. Stages of heat and mass exchange processes in the combustion process are determined. It is shown that the melting of a particle is the main constituent part of the induction period, the time during...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2019
|
| Назва видання: | Вопросы атомной науки и техники |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/194714 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Influence of the electric field on the burning rate of alkanes / S.G. Orlovskaya, F.F. Karimova, M.S. Shkoropado, V.Ya. Chernyak // Problems of atomic science and technology. — 2019. — № 1. — С. 180-183. — Бібліогр.: 6 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-194714 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1947142025-02-09T17:36:41Z Influence of the electric field on the burning rate of alkanes Вплив електричного поля на швидкість горіння алканів Влияние электрического поля на скорость горения алканов Orlovskaya, S.G. Karimova, F.F. Shkoropado, M.S. Chernyak, V.Ya. Low temperature plasma and plasma technologies The effect of a homogeneous electric field on the burning of alkane particles in air is investigated. Stages of heat and mass exchange processes in the combustion process are determined. It is shown that the melting of a particle is the main constituent part of the induction period, the time during which the particle ignites. It is found that the melting rate is substantially reduced if the electric field strength exceeds a certain critical value. In our experimental conditions, it is about 60 kV/m. The effect of the electric field on melting is more pronounced at elevated temperatures and at high values of the Stefan number. The kinetics of the combustion of droplets of octadecane of various initial diameters was studied. It is proved that in a definite region of combustion the linear law of the square of the droplet diameter with time is fulfilled. The effect of an electric field on the burning rate of particles of different initial diameters is investigated. It is established that under the influence of the electric field, the burning rate of the droplets of alkanes increases. In particular, for droplets of octadecane, the burning rate in a constant electric field increases by 10…20 %, depending on the initial diameter of the drop. Constant burning droplets of octadecane are found. The effect of an electric field on the geometric dimensions of a flame is studied. It is established that under the influence of the field the flame becomes asymmetric and shifts towards the negatively charged plate. This reduces the height of the flame and increases its width. These phenomena are associated with the action of the "ion wind" in the flame and the transformation of the energy of the electric field into thermal energy, as a result of which the combustion front approaches the surface of the drop, increasing the rate of its evaporation. Calculations of the melting time of octadecane particles were carried out and a comparison was made with the data of experimental studies. The good agreement between experimental and calculated results is proved. Проведено дослідження впливу однорідного електричного поля на горіння частинок алканів у повітрі. Визначена стадійність процесів тепломасообміну в процесі горіння. Показано, що плавлення частинки є основною складовою частиною періоду індукції – часу, за який частинка спалахує. Виявлено, що швидкість плавлення суттєво зменшується, якщо напруженість електричного поля перевищує деяке критичне значення. У наших експериментальних умовах вона становить близько 60 кВ/м. Вплив електричного поля на плавлення більш виражено при підвищених температурах і при високих значеннях числа Стефана. Вивчена кінетика горіння крапель октадекану різних початкових діаметрів. Доведено, що на певній ділянці горіння виконується лінійний закон зміни квадрата діаметра краплі з часом. Проведено дослідження щодо впливу електричного поля на швидкість горіння частинок різного початкового діаметра. Встановлено, що під впливом електричного поля відбувається зростання швидкості горіння крапель алканів. Зокрема, для крапель октадекану швидкість горіння в постійному електричному полі зростає на 10…20 % в залежності від початкового діаметра краплі. Знайдено стала величина горіння крапель октадекану. Вивчено вплив електричного поля на геометричні розміри полум’я. Встановлено, що під впливом поля полум’я стає асиметричним та зміщується в бік негативно зарядженої пластини. При цьому зменшується висота полум’я і збільшується його ширина. Ці явища пов'язані з дією "іонного вітру" в полум'ї і перетворенням енергії електричного поля в теплову, внаслідок чого фронт горіння наближається до поверхні краплі, збільшуючи швидкість її випару. Проведено розрахунки часу плавлення частинок октадекану та зроблено співставлення з даними експериментальних досліджень. Доведено добру згоду експериментальних та розрахункових результатів. Проведено исследование влияния однородного электрического поля на горение частиц алканов в воздухе. Определена стадийность процессов тепломассообмена в процессе горения. Показано, что плавление частицы является основной составляющей частью периода индукции – времени, за которое частица воспламеняется. Обнаружено, что скорость плавления существенно уменьшается, если напряженность электрического поля превышает некоторое критическое значение. В наших экспериментальных условиях она составляет около 60 кВ/м. Влияние электрического поля на плавление более выражено при повышенных температурах и при высоких значениях числа Стефана. Изучена кинетика горения капель октадекана различных начальных диаметров. Доказано, что на определенном участке горения выполняется линейный закон изменения квадрата диаметра капли со временем. Проведено исследование влияния электрического поля на скорость горения частиц различного начального диаметра. Установлено, что под действием электрического поля происходит рост скорости горения капель алканов. В частности, для капель октадекана скорость горения в постоянном электрическом поле возрастает на 10…20 % в зависимости от первоначального диаметра капли. Найдены постоянные горения капель октадекана. Изучено влияние электрического поля на геометрические размеры пламени. Установлено, что под влиянием поля пламя становится асимметричным и смещается в сторону отрицательно заряженной пластины. При этом уменьшается высота пламени и увеличивается его ширина. Эти явления связаны с действием "ионного ветра" в пламени и превращением энергии электрического поля в тепловую, вследствие чего фронт горения приближается к поверхности капли, увеличивая скорость ее испарения. Проведены расчеты времени плавления частиц октадекана и выполнено сопоставление с данными экспериментальных исследований. Доказано хорошее согласие экспериментальных и расчетных результатов. 2019 Article Influence of the electric field on the burning rate of alkanes / S.G. Orlovskaya, F.F. Karimova, M.S. Shkoropado, V.Ya. Chernyak // Problems of atomic science and technology. — 2019. — № 1. — С. 180-183. — Бібліогр.: 6 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 536.46 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/194714 en Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
English |
| topic |
Low temperature plasma and plasma technologies Low temperature plasma and plasma technologies |
| spellingShingle |
Low temperature plasma and plasma technologies Low temperature plasma and plasma technologies Orlovskaya, S.G. Karimova, F.F. Shkoropado, M.S. Chernyak, V.Ya. Influence of the electric field on the burning rate of alkanes Вопросы атомной науки и техники |
| description |
The effect of a homogeneous electric field on the burning of alkane particles in air is investigated. Stages of heat and mass exchange processes in the combustion process are determined. It is shown that the melting of a particle is the main constituent part of the induction period, the time during which the particle ignites. It is found that the melting rate is substantially reduced if the electric field strength exceeds a certain critical value. In our experimental conditions, it is about 60 kV/m. The effect of the electric field on melting is more pronounced at elevated temperatures and at high values of the Stefan number. The kinetics of the combustion of droplets of octadecane of various initial diameters was studied. It is proved that in a definite region of combustion the linear law of the square of the droplet diameter with time is fulfilled. The effect of an electric field on the burning rate of particles of different initial diameters is investigated. It is established that under the influence of the electric field, the burning rate of the droplets of alkanes increases. In particular, for droplets of octadecane, the burning rate in a constant electric field increases by 10…20 %, depending on the initial diameter of the drop. Constant burning droplets of octadecane are found. The effect of an electric field on the geometric dimensions of a flame is studied. It is established that under the influence of the field the flame becomes asymmetric and shifts towards the negatively charged plate. This reduces the height of the flame and increases its width. These phenomena are associated with the action of the "ion wind" in the flame and the transformation of the energy of the electric field into thermal energy, as a result of which the combustion front approaches the surface of the drop, increasing the rate of its evaporation. Calculations of the melting time of octadecane particles were carried out and a comparison was made with the data of experimental studies. The good agreement between experimental and calculated results is proved. |
| format |
Article |
| author |
Orlovskaya, S.G. Karimova, F.F. Shkoropado, M.S. Chernyak, V.Ya. |
| author_facet |
Orlovskaya, S.G. Karimova, F.F. Shkoropado, M.S. Chernyak, V.Ya. |
| author_sort |
Orlovskaya, S.G. |
| title |
Influence of the electric field on the burning rate of alkanes |
| title_short |
Influence of the electric field on the burning rate of alkanes |
| title_full |
Influence of the electric field on the burning rate of alkanes |
| title_fullStr |
Influence of the electric field on the burning rate of alkanes |
| title_full_unstemmed |
Influence of the electric field on the burning rate of alkanes |
| title_sort |
influence of the electric field on the burning rate of alkanes |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2019 |
| topic_facet |
Low temperature plasma and plasma technologies |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/194714 |
| citation_txt |
Influence of the electric field on the burning rate of alkanes / S.G. Orlovskaya, F.F. Karimova, M.S. Shkoropado, V.Ya. Chernyak // Problems of atomic science and technology. — 2019. — № 1. — С. 180-183. — Бібліогр.: 6 назв. — англ. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT orlovskayasg influenceoftheelectricfieldontheburningrateofalkanes AT karimovaff influenceoftheelectricfieldontheburningrateofalkanes AT shkoropadoms influenceoftheelectricfieldontheburningrateofalkanes AT chernyakvya influenceoftheelectricfieldontheburningrateofalkanes AT orlovskayasg vplivelektričnogopolânašvidkístʹgorínnâalkanív AT karimovaff vplivelektričnogopolânašvidkístʹgorínnâalkanív AT shkoropadoms vplivelektričnogopolânašvidkístʹgorínnâalkanív AT chernyakvya vplivelektričnogopolânašvidkístʹgorínnâalkanív AT orlovskayasg vliânieélektričeskogopolânaskorostʹgoreniâalkanov AT karimovaff vliânieélektričeskogopolânaskorostʹgoreniâalkanov AT shkoropadoms vliânieélektričeskogopolânaskorostʹgoreniâalkanov AT chernyakvya vliânieélektričeskogopolânaskorostʹgoreniâalkanov |
| first_indexed |
2025-11-28T20:49:58Z |
| last_indexed |
2025-11-28T20:49:58Z |
| _version_ |
1850068706126725120 |
| fulltext |
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2019. №1(119)
180 PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2019, № 1. Series: Plasma Physics (25), p. 180-183.
INFLUENCE OF THE ELECTRIC FIELD ON THE BURNING RATE
OF ALKANES
S.G. Orlovskaya
1
, F.F. Karimova
1
, M.S. Shkoropado
1
, V.Ya. Chernyak
2
1
Odessa National I.I. Mechnikov’s University, Odessa, Ukraine;
2
Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv, Ukraine
E-mail: svetor25@gmail.com
The effect of a homogeneous electric field on the burning of alkane particles in air is investigated. Stages of heat
and mass exchange processes in the combustion process are determined. It is shown that the melting of a particle is
the main constituent part of the induction period, the time during which the particle ignites. It is found that the
melting rate is substantially reduced if the electric field strength exceeds a certain critical value. In our experimental
conditions, it is about 60 kV/m. The effect of the electric field on melting is more pronounced at elevated
temperatures and at high values of the Stefan number. The kinetics of the combustion of droplets of octadecane of
various initial diameters was studied. It is proved that in a definite region of combustion the linear law of the square
of the droplet diameter with time is fulfilled. The effect of an electric field on the burning rate of particles of
different initial diameters is investigated. It is established that under the influence of the electric field, the burning
rate of the droplets of alkanes increases. In particular, for droplets of octadecane, the burning rate in a constant
electric field increases by 10…20 %, depending on the initial diameter of the drop. Constant burning droplets of
octadecane are found. The effect of an electric field on the geometric dimensions of a flame is studied. It is
established that under the influence of the field the flame becomes asymmetric and shifts towards the negatively
charged plate. This reduces the height of the flame and increases its width. These phenomena are associated with the
action of the "ion wind" in the flame and the transformation of the energy of the electric field into thermal energy, as
a result of which the combustion front approaches the surface of the drop, increasing the rate of its evaporation.
Calculations of the melting time of octadecane particles were carried out and a comparison was made with the data
of experimental studies. The good agreement between experimental and calculated results is proved.
PACS: 536.46
INTRODUCTION
Straight-chain alkanes from hexadecane upwards
form the important components of fuel oil and low-
melting hybrid propellant. Also they are known as
promising phase change material for latent heat storage.
As far as the phase transitions solid-to-liquid play the
special role in these applications so their melting
characteristics are required. The data on melting kinetics
are of particular interest in developing paraffin based
fuel because just a melting duration determines in the
main the ignition delay of paraffin particle. Multiple
studies are aimed at enhancement of combustion
efficiency and burning process stabilization. An
application of electric field is considered to be a highly
promising approach to solve these problems. It should
be underlined that burning of gaseous fuels under
electric field had been investigated for a long time. A
pronounced effect of an electric field on burning
characteristics is confirmed by many experiments. To
get an idea about the state of the art one can read a
comprehensive review by Tretyakov et al. [1]. The
authors resumed that under electric field the
flammability limits of fuel-air mixtures expanded, the
burning rate changed, flame stabilization shifted toward
lean mixtures. Combustion of liquid fuels under an
electric field is extensively studied last decade. It should
be noted the investigation of Ilchenko and Shevchuk
[2], which studied the characteristics of liquid
hydrocarbon fuels combustion under dc electric field.
They considered the mechanism of electric field
influence on the burning processes and concluded that
the ion wind through charged soot particles was
dominant. The temperatures in the flame front were
measured.
In recent years an attention increased to the problem
of combustion control in microgravity. So Ueda et al.
[3] studied an influence of dc electric field on ethanol,
n-octane and toluene droplets combustion. The observed
increase in the burning rates of ethanol and n-octane
was explained by convective enhancement through the
electric wind. The convection velocity is estimated to be
about 1…2 cm/s. During combustion a toluene droplet a
streaming of a sooting flame was observed towards both
electrodes. At the same time the effect of electric field
on burning rate was more pronounced. The authors
explained a significant increase of the toluene burning
rate by radiation heat transfer to droplet surface due to
flame deformation.
In so way, the ion wind is considered as dominant
mechanism of electric field influence on burning rate.
The combustion of non-sooting fuels accelerates mainly
through convection. In case of sooting flames the main
mechanism of combustion intensification is radiation
heat flux from flame front to a droplet surface.
It should be noted that little information is available
on burning of low-melting paraffin wax under electric
field. But the results of previous studies are very
promising regarding electric-field control of alkanes
melting and combustion [4]. For that we studied melting
and combustion of alkane droplets (n-Octadecane and n-
Docosane) under different dc electric field ranging from
33 to 117 kV/m.
mailto:svetor25@gmail.com
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2019. №1(119) 181
EXPERIMENT AND DISCUSSION
Detailed description of the experimental setup is
presented in [4]. Since Octadecane and Docosane are
solid at room temperature, a small amount of alkane is
melted in water bath, and then a droplet is suspended on
a thin filament (diameter 114 μm) from the tip of a
syringe. After solidification the droplet is introduced
into heated gas, and its evolution during melting,
ignition and burning is recorded by two cameras: a
flame is filmed by one camera and the droplet itself by
another camera through microscope objective (x32).
The movies obtained are split into separate frames and
processed by using Image Processing Toolbox of
MatLab. The evolution of droplet shape and size is
analyzed to study kinetics of melting, evaporation and
combustion. The method is developed to determine
accurately the equivalent diameter of a droplet by
computation its surface area [4].
A pendant drop has axisymmetric shape so we
computed its surface area by well-known formula for
surface of revolution, and then determined the droplet
equivalent diameter as a diameter of a sphere having the
same surface area [5]. In so way we calculated the
values of droplet equivalent diameter for consecutive
moments of time )t(deq . Then we plotted the graph of
droplet diameter squared versus time )t(deq
2
. So we
substantially reduce the systematic error of evaporation
and burning rate constants measurement. It was shown
that the burning kinetics agreed with Sreznevsky
formula (
2d -law):
tKd)t(deq 2
0
2
.
Here 0d − the initial diameter of a droplet, mm; K − a
burning rate constant, mm
2
/s.
A burning rate constant is defined as a slope of
linear part of graph )t(deq
2
. There are presented the
frames of burning Octadecane droplet with initial
diameter 1.96 mm in Fig. 1.
t = 0.4 s t = 1.12 s t = 1.76 s
Fig. 1. Images of burning Octadecane droplet,
0d =1.96 mm
In Fig. 2 the plots )t(deq
2
are presented for two
Octadecane droplets ( 0d =1.64 and 0d =1.96 mm),
which were burnt without electric field (curves 1, 3) and
under electric field (curves 2, 4). We can see that
2d – law formula is applicable and the effect of electric
field is distinctly expressed.
Fig. 2. The effect of electric field on burning rate of
Octadecane droplet: 0d =1.96 mm, E = 0 (1);
E =82 kV/m (2); 0d =1.64 mm, E = 0 (3);
E =82 kV/m (4)
It should be noted that the electric field effect on
burning rate is noticeable starting with E = 3 kV/m. In
order to explain this significant increase in burning rate
we analyzed change of flame shape under electric field.
It was found that the flame bended to the negative
electrode, its height significantly diminished. The flame
height histories during Octadecane droplet combustion
are presented in Fig. 3.
Fig. 3. Flame height histories of Octadecane droplet:
0d =1.64 mm, 1 – E =0; 2 – E =82 kV/m
So the mean distance from flame front to the droplet
surface diminishes significantly under dc electric field,
and the radiation heat flux increases. As a result, fuel
evaporation intensifies and mass burning rate rises too.
It should be noted that this mechanism is applicable
only in case of sooting flames. Ilchenko and Shevchuk
[2] have shown that the drift of the soot particles is
responsible for flame deformation and burning
promotion. In case of non-sooting flame of methanol the
effect of dc electric field is negligible. In fact it may be
noticeable in microgravity conditions [3].
The most characteristic feature of higher alkanes
combustion is the extended melting stage. Due to
relatively high latent heat and low value of thermal
conductivity its duration constitute an essential part of
ignition delay. Therefore, we investigated a possibility
to control a melting time of alkanes by dc electric field.
To determine a melting rate and duration we
processed and analyzed the sequence of droplet images.
It is found that melting rate decreases distinctly starting
with electric field strength E ~ 80 kV/m. The effect of
electric field is more pronounced at high gas
temperatures ( Ste >1), when the melting time is about a
182 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2019. №1(119)
few seconds. Also the Quincke effect was observed,
namely a solid residue rotation inside melt under
electric field. The deceleration of alkane melting in the
electric field can be explained by thermo-dielectric
effect, namely charge separation during phase transition
and arise of a potential difference solid-liquid phase
boundary about 0.3…0.7 V. Due to the lack of mobile
charges in alkane volume the phase boundary motion
slows down.
There is an example of the droplet size history
during melting and burning in Fig. 4. It is well-known
that alkanes are characterized by significant volume
expansion during melting, so a droplet diameter
continuous is a good mark of the melting process. As
soon as all substance is melted, the droplet ignites, its
temperature rises abruptly and the diameter decreases
quickly. It is found that the melting time without electric
field is 0.88 s, and under electric field the melting time
increases up to 1.44 s.
Fig. 4. Octadecane droplet size history: 0d =1.64 mm,
1 – E =0; 2 – E =82 kV/m, gT = 720 K
To estimate a melting stage duration we used the
next formula [6]:
1
6
)TT(
d
Nud
t mg
gl
m
.
Here − a latent heat of melting; l − a specific
density, g/cm
3
; d − a particle diameter, cm; mT − a
melting point of alkane, K.
The values of melting time (experiment and
calculation) are presented for Octadecane droplet
0d =1.64 mm, gT = 720 K. There is a good agreement
between experimental data and calculated values.
The melting times of Octadecane droplet
0d , mm mt , s
calculation experiment
1.64 0.82 0.88
1.96 1.14 1.2
Thus the effect of dc electric field on higher alkanes
combustion is rather ambiguous one: on the one hand
the melting time increases, on the other hand the
burning rate constant increases.
CONCLUSIONS
It is proved that when the droplets of alkanes are
burning, the square of the droplet diameter decreases
linearly with time. For drops of different diameters, the
combustion rate constants, the shape and height of the
flame in the combustion process are determined.
It is established that the electric field leads to an
increase in the burning velocity of octadecane droplets
and to the displacement of the flame in the direction of
the field. In this case, the flame becomes asymmetric, its
geometric dimensions are significantly changed: the
height decreases and the width increases. These
phenomena are associated with the action of the "ion
wind" in the flame and the transformation of the energy
of the electric field into thermal energy, as a result of
which the combustion front approaches the surface of
the drop, increasing the rate of its evaporation.
It is found that in a homogeneous stationary electric
field the rate of melting of the octadecane particle
decreases and, as a consequence, the melting time
increases. It is proved that the melting of an octadecane
particle in an electric field causes the unmelted solid
phase to rotate in the melt, which is a manifestation of
the Quincke effect.
The melting time of octadecane particles was
estimated. It is obtained that the results of the
calculation are in good agreement with the experimental
data.
REFERENCES
1. P.K. Tretyakov, A.V. Tupikin, V.N. Zudov. Effect of
laser radiation and electric field on combustion of
hydrocarbon-air mixtures // Combustion, Explosion, and
Shock Waves. 2009, v. 45, № 4, p. 413-420.
2. E.P. Ilchenko, V.G. Shevchuk. Role of charged soot
grains in combustion of liquid hydrocarbon fuels in
external electric field // Ukrainian Journal of Physics.
2005, v. 50, № 2, p. 144-150.
3. T. Ueda, O. Imamura, K. Okai, M. Tsue, M. Kono,
J. Sato. Combustion Behavior of Single Droplets for
Sooting and Non-sooting Fuels in Direct Current
Electric Fields in Microgravity // Proceedings of
Combustion Institute. 2002, v. 29, p. 2595.
4. S.G. Orlovskaya, V.V. Kalinchak, M.S. Shkoropado,
F.F. Karimova. Investigation of the burning of paraffin
droplets // Ukrainian Journal of Physics. 2014, v. 59,
№ 4, p. 396-400.
5. S.G. Orlovskaya, M.S. Shkoropado, F.F. Karimova,
A.O. Odnostalko. Study of high-temperature heat and
mass transfer and kinetics of phase transformations
when combustion of higher alkanes in the air // Physics
and Chemistry of Solid State. 2015, v. 16, № 2, p. 347-
350.
6. S.G. Orlovskaya, F.F. Karimova, M.S. Shkoropado,
A.A. Bondarenko. Investigation of the influence of the
electric field on the melting of octadecane // Physics
and Chemistry of Solid State. 2016, v. 17, № 2, p. 256-
261.
Article received 16.09.2018
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2019. №1(119) 183
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА СКОРОСТЬ ГОРЕНИЯ АЛКАНОВ
С.Г. Орловская, Ф.Ф. Каримова, М.С. Шкоропадо, В.Я. Черняк
Проведено исследование влияния однородного электрического поля на горение частиц алканов в
воздухе. Определена стадийность процессов тепломассообмена в процессе горения. Показано, что
плавление частицы является основной составляющей частью периода индукции – времени, за которое
частица воспламеняется. Обнаружено, что скорость плавления существенно уменьшается, если
напряженность электрического поля превышает некоторое критическое значение. В наших
экспериментальных условиях она составляет около 60 кВ/м. Влияние электрического поля на плавление
более выражено при повышенных температурах и при высоких значениях числа Стефана. Изучена кинетика
горения капель октадекана различных начальных диаметров. Доказано, что на определенном участке
горения выполняется линейный закон изменения квадрата диаметра капли со временем. Проведено
исследование влияния электрического поля на скорость горения частиц различного начального диаметра.
Установлено, что под действием электрического поля происходит рост скорости горения капель алканов. В
частности, для капель октадекана скорость горения в постоянном электрическом поле возрастает на
10…20 % в зависимости от первоначального диаметра капли. Найдены постоянные горения капель
октадекана. Изучено влияние электрического поля на геометрические размеры пламени. Установлено, что
под влиянием поля пламя становится асимметричным и смещается в сторону отрицательно заряженной
пластины. При этом уменьшается высота пламени и увеличивается его ширина. Эти явления связаны с
действием "ионного ветра" в пламени и превращением энергии электрического поля в тепловую, вследствие
чего фронт горения приближается к поверхности капли, увеличивая скорость ее испарения. Проведены
расчеты времени плавления частиц октадекана и выполнено сопоставление с данными экспериментальных
исследований. Доказано хорошее согласие экспериментальных и расчетных результатов.
ВПЛИВ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ НА ШВИДКІСТЬ ГОРІННЯ АЛКАНІВ
С.Г. Орловська, Ф.Ф. Карімова, М.С. Шкоропадо, В.Я. Черняк
Проведено дослідження впливу однорідного електричного поля на горіння частинок алканів у повітрі.
Визначена стадійність процесів тепломасообміну в процесі горіння. Показано, що плавлення частинки є
основною складовою частиною періоду індукції – часу, за який частинка спалахує. Виявлено, що швидкість
плавлення суттєво зменшується, якщо напруженість електричного поля перевищує деяке критичне значення.
У наших експериментальних умовах вона становить близько 60 кВ/м. Вплив електричного поля на
плавлення більш виражено при підвищених температурах і при високих значеннях числа Стефана. Вивчена
кінетика горіння крапель октадекану різних початкових діаметрів. Доведено, що на певній ділянці горіння
виконується лінійний закон зміни квадрата діаметра краплі з часом. Проведено дослідження щодо впливу
електричного поля на швидкість горіння частинок різного початкового діаметра. Встановлено, що під
впливом електричного поля відбувається зростання швидкості горіння крапель алканів. Зокрема, для
крапель октадекану швидкість горіння в постійному електричному полі зростає на 10…20 % в залежності
від початкового діаметра краплі. Знайдено стала величина горіння крапель октадекану. Вивчено вплив
електричного поля на геометричні розміри полум’я. Встановлено, що під впливом поля полум’я стає
асиметричним та зміщується в бік негативно зарядженої пластини. При цьому зменшується висота полум’я і
збільшується його ширина. Ці явища пов'язані з дією "іонного вітру" в полум'ї і перетворенням енергії
електричного поля в теплову, внаслідок чого фронт горіння наближається до поверхні краплі, збільшуючи
швидкість її випару. Проведено розрахунки часу плавлення частинок октадекану та зроблено співставлення
з даними експериментальних досліджень. Доведено добру згоду експериментальних та розрахункових
результатів.
|