Influence of the electric field on the burning rate of alkanes

Abstract

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.