文摘
有广泛的工作说明电场可以影响燃烧。然而,许多不同使用ups。这项工作表明不同ups产生不同的磁场强度,磁场并不总是均匀分布。使用Ansys麦克斯韦场强是模仿。讨论了材料的类型和设备的设置。推荐使用平行板实验。平行板生产最统一的领域允许的影响是直接调查和与磁场强度有关。
1。介绍
离子产生的碳氢化合物燃烧(1]。这些离子可以移动和兴奋,当受到外部电场(2]。这可以用于扑灭火焰的影响(3- - - - - -6],增加可燃性限制[5- - - - - -15),减少污染物排放(8,9,16- - - - - -28),影响温度(通过吸入空气)9,17,29日),修改燃烧速度(7,13,30.),或增加/减少加热表面周围的火焰。影响已经有据可查的;然而,结果有时是矛盾的。例如,目前尚不清楚电场可以用来改变燃烧速度。贾格尔和冯·恩格尔发现这是可能的7),但这是矛盾的其他报告通过水槽和温伯格(31日和也贾格尔et al。32]。其中一个原因可能是试验装置是不一样的。不同的电极几何形状会产生不同的电场。
虽然电场的确切影响尚未量化,很明显,它有影响(见上面的所有引用)。这种效应与磁场强度。
在其他领域的研究电极几何研究的影响;看到Christopoulos[概述33]。项目开发模式产生的电场电极几何形状不同,例如,麦克斯韦[34]和FEMM [35]。本报告的目的是用这些程序模型电极几何在球场上产生的影响。这份报告还将建议一个电极几何产生统一的领域,这样燃烧修改可以直接与磁场强度有关。这项研究的结果还可以用于确定电极的几何形状,周围的场强化火焰,修改所需的电压的火焰更少;不过,这已经超出了本研究的范围。物理测量领域也有问题的测量探头扭曲了字段(36]。
现在也不可能与火焰模型的电场。这是因为火焰导电的电力(见劳顿和温伯格(37),并将修改字段。然而,这个领域也有对火焰的影响和改变其形状。这种耦合的火焰和现场需要结合计算流体动力学(CFD)程序,包括离子和化学动力学机制电场模拟程序。有一些工作要几个化学动力学与CFD(见[流利38]),但不够复杂的化学机制应对引入离子物种。甚至没有一个完整的化学动力学机制,包括离子等项目的造型CHEMKIN [39,40]。有一些工作要开发一个(见[41- - - - - -44)),但当前没有足够好的预测准确的离子浓度和火焰中形成的地方。
目前的工作来预测电场是什么样子以及电极几何变化的类型字段包含在生产(37]P480, [45]P508, (46,47]。然而,这项工作开展前现代造型的发展项目,如麦克斯韦(33]和FEMM [35),可以提供一个更深入地了解如何看起来。
1.1。边界条件用于模型
模拟程序计算静电场引起的潜在差异和电荷分布。为此它依赖于求解麦克斯韦方程的第一:高斯定律。高斯定律可以在几个方面陈述,但造型程序使用微分形式: 在哪里(我) 是倒三角形。这表达了散度。因此矢量的散度是,(2) 电势和吗相对介电常数。这是设置在建模过程中,(3) 是自由空间,介电常数8.854×10吗−12调频−1(法拉每米),(iv) 是电荷密度。
这个项目解决了(1)的潜力有限元网格。然后它自动计算电场和通量密度方程。作为迭代过程的一部分,网格区域的高误差是精制(在本例中为15%)。
以下设置将用于试图使结果具有可比性。所有的电极相距60毫米的距离和有潜力的+ 10 kV面临0 V(地面)。除非声明上电极是在高电压(也称为过去极高的张力)。这不是许多研究者所使用的电压。开展的主要原因这造型是比较类型的字段所产生的不同的几何图形来确定本研究的最佳类型的应用程序。包括不同的电压和距离会使结果很难比较;所以就可能电压和电极之间的距离一直是一样的。
几乎所有创建了模型使用一个旋转对称,结果反映(使用图形处理器,而不是模拟程序)来显示一个截面的中心。这被认为是给最好的模型的可视化表示。有一些例子旋转对称并不适合使用(设置数字9和11个表1)。
一些研究人员使用金属网作为一个电极而不是固定板。这样模型是不可能在2 d和3 d模型比起这个问题。网格因此被建模为一个坚实的黄铜盘子。
电压被应用于电极使用一张源应用于外的导体(0 V或10000 V)。这是选择适用的边界以这种方式,使电压不干扰旋转对称边界条件(或外边界)重叠。它也是一种很好的表示的理论建模程序是基于。这就要求模型处于平衡状态。高斯定律指出,电荷在燃烧室表面上休息时处于平衡状态,这样就可以将尽可能远。它还指出,因为电荷是导体中自由移动,然后如果导体处于平衡状态,那么不能现场指挥和通量进入/离开导体必须在90°或电荷将经历一个不平衡力和移动(即不处于平衡状态)。
试验装置实际原因应进行一个法拉第笼。这提供了一个安全特性的高电压和盾牌从任何其他电子干扰设备。的造型已经设置,以反映这个设置。边界是一个重要的距离感兴趣的领域,这样矛盾的边界并不影响解决方案感兴趣的领域(电极之间)。增加的距离边界的影响电极图中可以看到1。
图1显示了法拉第笼(接地),如果太靠近电极,然后将显著改变。本报告的其余部分的所有模拟展示完美的边界的情况下,设置为无穷大。
更好的分析结果上方的磁场强度0.2毫米底电极可以绘制所有的法拉第笼位置如图1。结果如图所示2。水平红线代表法拉第笼的气球边界条件是一个无限的距离。
图2表明实际情况的影响似乎并没有大大改变法拉第笼一旦超过300毫米的电极。因此,本报告中的所有实验进行的法拉第笼超过300毫米的装置。
1.2。程序使用
有几个项目。本报告中使用的程序都是在互联网上免费下载;所以一个感兴趣的读者可以尝试造型。这些是麦克斯韦(33]和FEMM [35]。我们有一个例子的平行板产生的麦克斯韦和FEMM。
从数据可以清楚地看到3和4FEMM和麦克斯韦产生相似的结果。因此只有麦克斯韦将用于产生其余的结果在这个报告。
2。电极使用和产生的场
许多的影响归因于离子风引起的空气动力影响(3,5,6,10,11,13,31日,44,48- - - - - -54]。因此,离子风依赖电极的方向,这个方向是非常重要的。同样,如果字段不统一,然后均匀产生的离子风不会穿过田野。这种效应可以用来放大的影响在某些领域一旦影响是正确理解。然而,设备的多样性往往理解这个话题比较困难,结果无法比较。
目前离子反应目前没有完整的示意图;然而,有广泛的工作进行,试图创建一个完整的模型,他(41),他和布朗42),胡锦涛等。44,55)、元等。17),齐藤et al。20.),琼斯et al。56],Smook et al。57]。
在一些报纸,尤其是年长的,电极的类型和方向甚至不是说;因此可以得出结论,非常不可靠。后在一个表显示读者问题的规模和演示(表使用的各种实验仪器1)。
结果表明,有几个字段生成方法,提供一个更字段没有变化(1,16、17)。最明显的是有几个字段,不能产生一个字段在火焰区域(数字7、8、10和14)。因此,这些测试的结果可能会因此没有提供可靠的结果。
结果相比,可以更容易地如果磁场强度对燃烧器出口的距离(图绘制5)。所有结果绘制一条垂直线的燃烧器的嘴在60毫米,上部电极沿对称轴。只有6号不能以这种方式绘制有一线作为地面电极沿对称轴。最统一的领域应该表现为一个平面尽可能高场强的水平线。大的变化如前所述在这种情况下是不可取的。
结果都不能绘制在同一刻度线的山峰和环达到3500 MV但主要领域的优势一般不超过1.8 MV(见图5)。因此只有最大的高峰将出现在一个图块这个峰值和其他装置甚至不显示在图的底部。因此山峰的顶端已经错过了图表的顶部显示主要感兴趣的领域不是峰值场强(数字5和6)。
显然最统一的领域也有最低的磁场强度的最大值(图6)。数字1、11和16个生产最统一的领域。但是最大的电场强度可能也是可取的。这意味着数字1和11比16。中心16行显示了一个甚至情节但字段不统一向外的火焰区域。磁场的方向也很重要,因为这将控制离子风的方向。1号生成一个字段,将创建一个离子风平行流而11号产生离子风是横向流动。
上面的数据还表明,几何形状的选择可以增加最大磁场强度超过6数量级估计平均场强(由数字1,大约11所示,16)。这火焰地区最大可以创建一个更大的离子风的影响。问题是,这种离子风力将明显移动火焰和拉出来的地区可能影响是最大的。结果是非常有用的对于那些使用AC或脉冲领域的离子风并不重要。观察到的影响在这些领域可以大大增加通过选择一个电极领域集中到火焰区域。这可以被认为是第一个30 mm的燃烧器口对于大多数实验文献中。
图8表明,很难增加磁场强度在整个火焰区域。唯一重要的增强在平行板1(垂直或横向11)是那些在微重力环境下的实验(9号)。这个装置,然而,使用非常昂贵,不容易。它也不适合标准燃烧系统。
环和燃烧器装置(2号)也给更高的领域优势第一10毫米但低于更加统一的领域甚至达到0 25毫米以上燃烧器。然而火焰的存在可能增加这个地区。
2.1。上电极的影响
有一些文献[投机6,11)是否上部电极的几何领域设置了不同。实验发现它没有造成任何可测量的影响造成火焰修改。两种情况的模型图所示9。
结果显示类似的趋势燃烧器附近口但板产生一个更统一的顶部。上部电极附近的这一变化不太可能对实验结果产生显著影响如下火焰会被定位。与板的最大场强较低(4.58×106板和7.89×106一枚戒指)。
管之间的结果比较和板上部电极显示类似的结果与之前的比较(见图10)。
像以前一样燃烧器附近的更低的部分是非常相似的。然而,上部电极附近的两套装置之间的领域是非常不同的。从这个结果的确显示出轻微的场强较高地区的扩张接近燃烧器的嘴。这些结果可以标注在图显示模型的场强沿中线(图11)。
实验数据测试环(2)和一个网格(5号)上电极。模拟结果(图11)表明,这两个实验仪器生产几乎相同的字段。
14号的大峰已经忽视了这个讨论日冕将在这一地区形成的。实验数据还不包括电晕的影响6,11]。
最大的峰值(4)并不包括在实验数据。尽管图11显示了峰值电压变化到一个数量级,这只是在第一个5到10毫米。火焰的存在也会改变;这意味着没有办法阴谋的火焰覆盖了绘制轴的重要组成部分。
在结论中,建模与实验结果。在燃烧区域没有影响不同类型的上电极,但主要是通过较低的电极。这是合乎逻辑的,因为当地的生产领域的主要因素是电极的几何形状的。在一个金属燃烧器被用作电极,现场附近的火焰将主要由燃烧器几何不上电极,只要不形成电晕。然而,这并不意味着它是适合使用任何类型的几何作为燃烧器嘴中的任何缺陷可能导致局部领域的变化。更好的尝试,实现一个更加统一的领域,是研究人员之间更容易繁殖。
2.2。燃烧器材料
在初步实验领域垂直于火焰,发现金属燃烧器的身体可能会使火焰的影响,否则被观察到。图12是一种非金属燃烧器的横向场的模型。在数据13和14领域的重大变化可以观察到一个金属燃烧器代替陶瓷。
金属燃烧器创造了一个高场强峰值的尖角。它同时使来自周围的场的气体燃烧器的嘴。这似乎与实验数据一致。试图扑灭火焰但灭绝是不可能的(即使在非常高的磁场强度)作为火焰大小减少,直到它只是出席的燃烧器。在这一点上的火焰燃烧器屏蔽领域,如图所示。
2.3。板上的一个洞
可以预见,流畅的几何图形,将产生一个更统一的领域。在文献中最推荐的设置产生均匀场平行板(见1)。只有变化了10 - 20%,这是小的许多其他领域相比变化100%火焰区域。然而,这种设置不能使用几乎没有洞的燃烧器伸出。燃烧器的网格可以使用它下面,但实验发现,这扰乱了流,往往导致火焰分成2甚至3小火焰通过网格。这种效应被放大,当一个领域被应用。甚至有次当火焰跳下燃烧器和网格上的解决。虽然这提供了一个稳定的火焰也被认为是不受欢迎的等价比率无法计算额外的空气携入的火焰从网格下。
图15显示的效果在底部板剪出了一个洞让燃烧器配合。结果表明,影响在球场上并不重要。这被认为是最好的试验装置进行分析分析电场如何影响火焰。
沿着中线的场强的情节可以显示结果。这个图中可以看到16。
数据的结果16和17表明,磁场强度的影响仅仅是重要的在第一个1 - 2毫米以上燃烧器。因此在底部板剪出了一个洞让燃烧器突出不明显改变特点。
空气动力学的底板制成的固体表将直接影响作为额外的空气不能携入的。然而,这种影响要小。更大的影响是来自火焰上方的电极。如果这是由固体表,流将显著改变。最好的选择是使用网格为了避免这种气动干扰(以及热量反射回火焰地区)。
3所示。结论
总之,许多文献中实验结果不能相比的领域使用非常不同。平行板生产最统一的领域。