Инженеры нашли способ значительно снизить температурные колебания в метановом пламени, которые считаются одной из причин снижения эффективности и надёжности энергетических установок. Разработку представили специалисты из Томского государственного университета и Института оптики атмосферы имени В. Е. Зуева СО РАН.
Температурные пульсации возникают при горении метана в диффузионном режиме, когда топливо и воздух смешиваются непосредственно в зоне реакции. Эти процессы характерны для газовых турбин, промышленных печей и многих других тепловых установок. Сильные колебания температуры способны ухудшать работу оборудования и повышать нагрузку на его элементы.
В ходе экспериментов учёные исследовали воздействие электрического поля различной напряженности на метановое пламя. Для этого были собраны две испытательные установки с разным расстоянием между электродами и различными диапазонами напряжения. Изменения температуры фиксировались с помощью научной инфракрасной камеры, а затем анализировались цифровыми методами.
Результаты показали, что после достижения определенного уровня напряжения температурные колебания начинают быстро снижаться. В одной из конфигураций установки их амплитуда уменьшилась в шесть–восемь раз по сравнению с исходными значениями. Во втором варианте эксперимента сокращение составило более чем пятикратную величину. При высоких значениях напряжения пламя переходило в режим устойчивого горения, а характерные температурные скачки практически исчезали.
Исследование также выявило дополнительный эффект. При напряжении свыше 3 кВ факел пламени смещался в сторону отрицательного электрода. Это связано с так называемым ионным ветром — движением заряженных частиц под действием электрического поля. Одновременно менялись геометрические параметры факела: уменьшалась его высота и корректировалась ширина.
Полученные данные подтверждают, что электрическое поле может стать эффективным инструментом управления процессом горения без использования механических устройств.
На следующем этапе специалисты планируют разработать математическую модель, которая позволит точнее описать влияние различных конфигураций и расположения электродов на поведение пламени.
