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本实验是对磁场下小尺度扩散火焰的研究。最近几年,关于机械和电机设备小型化的研究受到很大的关注。微型动力源领域的研究,是新兴的科技领域,它是在微型机械设备制造技术最近取得的发展基础上进行的。微小尺度火焰的研究是研发高效、安全的微燃烧器必需的基础。目前国内外对在微小尺度条件下液体燃料燃烧特性的基础研究比较少。
实验采用无水酒精作液体燃料,选取陶瓷管作为燃烧器,陶瓷管内径分别为0.4mm、0.6mm和1.0mm;采用注射泵实现液体燃料的供给;用体视显微镜配以数字摄像头及计算机观测火焰;热电偶进行测温。用钕硼铁磁体来提供磁场,共有四块尺寸均为50mm×50mm×25mm的磁铁,每块磁铁的磁场强度都是N极0.35 T,S极0.31 T,通过调节磁铁的块数和磁铁离火焰中心的距离来达到调整火焰区的磁场强度的目的,并通过磁强计来测量磁场的强度,提供磁场强度分别为0.17T,0.25T,0.33T,0.41T。
通过实验研究了微尺度扩散火焰的长度、温度以及火焰稳定燃烧的流量范围随磁场强度变化的关系,并且比较了不同磁场方向对微尺度扩散火焰的影响。实验结果表明:对磁场下液体乙醇微尺度扩散火焰,当采取3种内径的陶瓷管燃烧器时,在相同的流量下,火焰的高度随磁场强度的增大而减小,减小的幅度最大达到9.8%;火焰的温度随着磁场强度的增大而增大,最多增加了12℃。磁场可以扩大微尺度扩散火焰的稳定燃烧范围,使稳定燃烧下限逐渐减小,上限逐渐增大,但下限减小的幅度小,上限增大的幅度大。在相同的磁场强度下,横向磁场比纵向磁场对乙醇扩散小火焰的作用要稍微大一些。最后初步比较了磁场和电场对乙醇扩散小火焰的作用。
上述现象是磁场对火焰内部的大量不带电的自由基和带电的阴阳离子以及自由电子起作用的结果。磁场对乙醇扩散小火焰的作用不如电场对扩散小火焰的作用明显,一方面可能是实验中提供的磁场强度还比较小,另一方面也有可能是电场对火焰的作用机理与磁场相比还有些不同的地方。实验结果为掌握磁场对液体燃料微尺度扩散火焰的影响规律,用磁场来强化微燃烧提供了有益的参考。