Повелители огня: в России научились управлять горением метана

Что произойдет, если подать высокое напряжение прямо в пламя газовой турбины или котла? Оказалось, электрическое поле способно «успокоить» горящий метан.

Камера для огневых испытаний

Источник: Новости РАН

Исследователи из Объединенного института высоких температур РАН выяснили, что внешнее электрическое поле способно существенно подавлять температурные пульсации в диффузионном пламени метана. Для наблюдений ученые использовали инфракрасную термографию, которая позволяет измерять температуру без контакта с пламенем и практически не влияет на сам процесс горения. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале FirePhysChem.

В специально созданной экспериментальной установке на пламя воздействовали электрическим полем напряжением до нескольких киловольт. Оказалось, что при увеличении напряженности поля амплитуда температурных колебаний заметно уменьшается. Особенно выраженный эффект наблюдался при напряжениях выше 4 кВ: максимальная амплитуда пульсаций снижалась до нескольких градусов.

Распределение напряжения (а) и напряженности электрического поля (b) в расчетной области факела пламени. Напряжение между электродами составляло V = 5 кВ. (c) - изменение напряженности поля, полученное для всех режимов, рассмотренных в точке "A" (как показано на рисунке b).

Источник: https://www.sciencedirect.com/

Анализ температурных спектров показал, что под действием электрического поля меняется и характер колебаний в факеле. Помимо основной частоты около 13 Гц исследователи зафиксировали появление дополнительной компоненты примерно на уровне 17 Гц и ее гармоник. Эти изменения связаны с перестройкой гидродинамической структуры потока в зоне горения.

От газовых турбин до экологичного сжигания топлива

По мнению авторов работы, результаты помогут лучше понять механизмы управления пламенем с помощью электрических полей. Это важно для разработки более эффективных и экологичных систем сжигания топлива — от промышленных горелок до высокопроизводительных энергетических установок, работающих на природном газе.

Разобранная газовая турбина

Источник: https://commons.wikimedia.org/

Способность пламени реагировать на электрическое поле связана с наличием в нем заряженных частиц. Благодаря этому пламя обладает определенной электропроводностью, что давно используется в датчиках контроля горения газовых котлов и промышленных горелок.

Исследования влияния электрических полей на горение ведутся не только на Земле. На Международной космической станции реализовывался проект E-FIELD Flames, в рамках которого ученые изучали, как электрическое поле меняет форму, температуру и устойчивость пламени в условиях микрогравитации.

Так выглядит огонь в невесомости (фото с МКС)

Источник: https://phys.org/

Подробнее об этом здесь.