Atklājumi.lv

Modris Purmalis. Elektriskā lauka pielietošana degšanas intensifikācijai. Laboratorijas iekārta LK4

1. Laboratorijas eksperimenti ar iekārtu LK4

Elektriskā lauka pielietošanai degšanas intensifikācijai laboratorijas eksperimentiem tika izmantota iekārta, kuras shēma parādīta zīm.1. Veiktie laboratorijas eksperimenti:

1. Ārējā elektriskā lauka (ĀEL,lauka) uzlikšana liesmai ar speciālu elektrodu;
2. Tas pats, izmantojot degli kā elektrodu, skat.arī [1];
3. Gaisa apstrāde jonizatorā pirms degšanas.

1 – vertikālais cilindriskais ūdenssildāmais katls (samazināts katla BK-1M modelis);
2 – kurtuve ar ūdens dubultsienām, izņemot priekšējo skatlogu;
3 – Bunzena gāzes deglis D,kura vietā var atrasties citas konstrukcijas deglis atkarībā no kurināmā veida;
4 – nihroma stieples elektrods E5;
5 – gaisa jonizatora nihroma stieples elektrods E4;
6 – gaisa jonizatora korpuss Kp no metāla caurules;
7 – akustiskais sensors gāzu svārstību parametru noteikšanai kurtuvē;
8 – dūmgāzu parauga noņemšanas zonde;
9 – cirkulācijas ūdens daudzuma noteikšanas rotametrs;
10 – ūdens izplešanās trauks;

KOMFORT – konvektors 1.1K/1,1em2/, GAX-dūmgāzu analizators, TR-temperatūru reģistrators, ATr – autotransformātors, ASB – augstsprieguma bloks, OS – osciloskops, R – reometrs, VSK – gāzes patēriņa skaitītājs.

LK4 tehniskie rādītāji

1. Siltuma ražība Q1, sadedzinot propan-butānu , W (kcal/h) – 580 (500)

2. Propan-butāna patēriņš Vg, nm3/h – 0,026

3. Gaisa patēriņš L, nm3/h – 0,707

4. Katla sildvirsma Fk, m2 – 0,171

5. Kurtuves sildvirsma Fkrt, m2 – 0,145

6. Sildcauruļu tilpums Vsc, cm3 – 940

7. Kurtuves tilpums Vkrt, cm3 – 5810

Šajā darbā aprakstīta laboratorijas iekārta un eksperimenti ar lauka uzlikšanu liesmai, izmantojot atsevišķu elektrodu, kas no liesmas ārpuses tiek ievadīts degmaisījuma zonā.

Zīm.2 lauks izveidojas starp elektrodu E5 un degļa D galu ar krasu lauka intensitātes E pieaugumu pie E5 gala, kas izsauc pārmaiņas liesmas struktūrā un degšanas reakcijās. Eksperimentu galvenie rezultāti parādīti 1. un 2. tabulā kā arī zīm. 3–7.

+E1 – elektrods 4 (sānu) ar pozitīvu potenciālu, D – Bunzena deglis ar negatīvu potencialu.
P = U∙I – izmantotā jauda.
Q1 – lietderīgā katla jauda.
n e – brīvo elektronu koncentrācija 1m3 degmaisījumā.
n e = I/(1,6∙10-19∙0,444∙Vm), m-3, kur : I – strāvas stiprums starp elektrodiem,A ; Vm –degmaisījuma caurplūde, m3/h.
Qeff = Q1+Q2- Q3+Q5, kur : Q1 – lietderīgi izmantotais siltums, Q2 – siltuma zudumi ar aizplūstošajām dūmgāzēm, Q3 – siltuma zudumi no ķīmiski nepilnīgas sadegšanas, Q5 – siltums
caur katla un kurtuves ārējām virsmām. Q2 un Q5 tiek pieskaitīts Q1, jo eksperimentos mūs interesē viss siltuma daudzums, kas izdalās degšanas procesā.
q1 = (Q1/1000/Qz/Vgn)∙100, % – katla lietderīgi izmantotais siltums %%, kur : Qz – kurinamā zemākā siltumspēja, propan-butānam Qz=28,955 kWh/nm3, Vgn – gāzes daudzums normālos
apstākļos, nm3/h.
qeff = q1+q2-q3+q5, % dqeff=dqeff e – dqeff k, %.
dq1 = q1e-q1k, % kur indeksi e – ar lauku un k – bezlauka.
Evid – vidējie lielumi ar lauku.
Kvid – vidējie lielumi bez lauka.
d = Evid-Kvid % = d = (Evid-Kvid)/Kvid*100,%.

No 1.tabulas redzams, ka dq1 vidēji pieaug par 2,36% un dqeff par 2,44%, bet maksimāli, attiecīgi, par 7,12 un 5,27 %%, kam ir praktiska nozīme.

Zīm.3 parāda ekstremumu šajos pieaugumos pie P = 0,04W, kas atbilst U = 1,987 k V; I = 0,03 m A robežās no P = 0,006-0,055 W,tātad izmantota ir ļoti maza elektriskā jauda, salīdzinot ar iegūto
katla siltuma jaudas pieaugumu d Q1 vai d Qeff un strāvas izdalītais siltums (džoula) nav ņemams vērā. Izskaidrojums meklējams brīvo elektronu elastīgajās [2] un neelastīgajās sadursmēs [3] ar gaisa un kurināmā molekulām, kas izmaina to enerģiju un kinetiku [4,5].

To apstiprina arī zīm.4 dqeff un dq1 izmaiņas atkarībā no brīvo elektronu koncentracijas n e, un līkņu līdzība zīm.3 un 4.

No zīm.5 labi redzama iekārtas siltuma ražības palielināšanās un gāzes patēriņa samazināšanās atbilstība.

Aizplūstošo dūmgāzu analīžu rezultāti parādīti 2.tabulā no kuras redzams, ka gāzes sadegšana ir ievērojami uzlabojusies, jo vidēji oglekļa oksīds dūmgāzēs CO ir samazinājies par 18,38% un H2 par 22,66% ,bet maksimāli , attiecīgi par 67,12% un 89,33%.

Tas norāda uz degšanas ķīmisko reakciju kinetikas izmaiņām brīvo elektronu ietekmē par ko liecina arī zīm.6 redzamās lejupslīdošās d CO un d H2 līknes, palielinoties brīvo elektronu koncentrācijai n e.

Salīdzinot zīm.3 un 7. , redzams, ka d H2 un d CO samazinās, pieaugot dq1 un dqeff, jo arī iekārtas siltuma ražība pieaug, uzlabojoties sadegšanas procesam. Līknes zīm.3 un 7 ir apgriezti
līdzīgas, arī apgrieztie ekstremumi ir apmēram pie P=0,04W.

Iegūtie laboratorijas eksperimentu rezultāti tika izmantoti rūpnieciskajos eksperimentos, kuri būs aprakstīti šī raksta turpinājumā. ĀEL pielietošana katlu iekārtās un gāzes turbīnās aprakstīta arī [6,7].

Literatūra

1. Modris Purmalis. Elektriskā lauka ietekme uz liesmas siltuma atdevi sildvirsmai. atklajumi.lv.
2. Шкаровский И., Джонстон П., Бачинский М. Кинетика частиц плазмы. М.:Атомиздат, 1969. 396с., cc.28-31.
3. Физика плазменно-стимулированного горения, cc.12-17.
4. М.А.Деминский и др. Низкотемпературное воспламенение метановоздушной смеси под действием неравновесной плазмы. ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА, 2013,том 32,№7,сс.5-8, рис.6, 7.
5. Физика плазменно-стимулированного горения, cc.18-19, pиc 3, ε=f(E/N).
6. M.Thomas-2006. Strategic Environmental Research… p.33, figure 35.
7. Clear Sign Combustion Corporation/Electrodynamic Combustion Control TM Technology. 2013.12.14, pp. 1-7

© Atklajumi.lv. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.