1.4.2.1. Энергия инициирования и критический диаметр (гасящее расстояние)
Для экспериментального определения минимальных энергий инициирования используются высоковольтные конденсаторы с воздушным искровым промежутком, так что основная часть энергии инициирующего источника выделяете^ в межэлектродном промежутке.
Энергия конденсатора определяется по формуле £ = СК2/2, где C — емкость конденсатора и V — напряжение на нем непосредственно перед разрядом конденсатора. При этом искра должна возникать в результате самопроизвольного разряда конденсатора, поскольку в противном случае наличие электронной пусковой цепи конденсатора или поджигающего электрода затрудняет измерение энергии искры либо сильно искажает геометрию инициирующего источника. Экспериментально установлено, что при самопроизвольном разряде конденсатора до 95 % его полной энергии выделяется в горячем газовом ядре за время, не превышающее IO 5 с. Считается, что потери энергии обусловлены в основном теплоотдачей к электродам. Поскольку полную энергию конденсатора можно изменить путем регулировки как емкости, так и напряжения, то расстояние между электродами, пропорциональное напряжению пробоя, можно варьировать независимо. В связи с этим возникают две проблемы: если межэлектродный промежуток слишком мал, то наличие электродов влияет на начальную стадию формирования и распространения пламени, что приводит к увеличению регистрируемой энергии инициирования. Если же расстояние между Электродами слишком велико, то форма инициирующей искры близка к цилиндрической, что снова приводит к увеличению измеряемой энергии инициирования, поскольку в такой геометрии площадь поверхности формирующегося пламени сильно возрастет. В случае цилиндрической геометрии искры наиболее важным параметром является уже не полная энергия инициатора, а плотность энергии на единицу длины искры. Влияние размера межэлектродного промежутка d на энергию инициирования схематически показано на рис. 1.24, а. Увеличе-
Рис. 1.24. Гасящее расстояние и минимальная энергия воспламенения в опытах с искровым инициированием; и) электроды без обкладок, б) электроды с обкладками.
ние минимальной энергии инициирования при малых значениях d обязано эффекту погасания, что подтверждается результатами опытов, в которых использовались электроды с обкладками из изолирующего материала (влияние этих обкладок на энергию инициирования при малых межэлектродных расстояниях показано на рис. 1.24,6). Заметим, что при значениях d, меньших определенной величины, уменьшение межэлектродного промежутка в случае электродов с обкладками сопровождается гораздо более быстрым возрастанием энергии искры, необходимой для инициирования объема исследуемого газа, чем в случае электродов без обкладок. Это критическое значение межэлектродного расстояния в случае электродов с обкладками называется гасящим расстоянием *>, т. е. минимальным расстоянием между пластинами обкладок, при котором горение в газовой смеси уже не инициируется. Следовательно, такой простой эксперимент может быть использован для измерения гасящего расстояния между плоскими пластинами и минимальной энергии инициирования в сферическом случае, а также для установления геометрической формы источника инициирования (является ли она сферической или цилиндрической) путем исследования влияния величины расстояния между электродами на £Мии при больших значениях d.
Гасящее расстояние может быть также измерено в опытах с быстрой отсечкой потока горючей газовой смеси через трубу исследуемой геометрии, когда пламя расположено на выходе из трубы. Если после прекращения подачи смеси в трубу пламя проскакивает внутрь трубы, то использованный диаметр трубы превышает критический диаметр для исследуемой смеси. Гасящие расстояния (или критические диаметры), измеренные этим методом, довольно хорошо согласуются с результатами измерения гасящего расстояния в экспериментах с описанным выше искровым зажиганием смеси и использованием электродов с обкладками· из изолирующих материалов.
1.4.2.2.