直流电压下电场对植被火焰影响的机理分析

为研究直流电压对植被火焰温度、高度和离子浓度等燃烧状态的影响,提出了化学反应-温度-流体-电场多物理场耦合模型.首先确定流体、温度等之间相互关系,然后确定植被燃烧相关化学反应过程及化学反应表达式,最后利用多物理场耦合模型仿真分析不同电场作用下火焰的温度、流速以及离子浓度的变化规律.结果表明,负极性条件下随着电压升高,靠近电极火焰的最高温度依次增高,且-10 kV、-20 kV和-30 kV分别比无电压条件下高139℃、215℃和219℃;正极性条件下随着电压升高,靠近电极火焰的最高温度呈先下降后上升的趋势,且10 kV、20 kV和30 kV分别比无电压条件下高200℃、159℃和286℃.火焰达到稳定时,10 kV与-10 kV相较于无电压条件下火焰高度增幅分别为11.31％和31.98％.在一定电压范围内,正极性电压越高,火焰向上传播速率越快,而负极性电压越高,火焰向上传播速率越慢.通过分析离子变化规律,20 s时刻-10 kV火焰H3O+、HCO+摩尔分数分别比无电压情况下增加34.5％和45.7％.