Ngọn lửa đang cháy chứa đầy các hạt tích điện có thể bị ảnh hưởng bởi điện trường. Các nhà nghiên cứu của KAUST hiện đã nghiên cứu việc sử dụng điện áp cao để kiểm soát các hạt này, có khả năng làm giảm sự hình thành bồ hóng và cải thiện độ ổn định của ngọn lửa.
Chẩn đoán bằng laser để đo điện trường được thực hiện trên ngọn lửa dưới điện áp cao. Tín dụng: © 2023 KAUST; Jin Park.
Min Suk Cha, người đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết: “Mặc dù chưa có ứng dụng nào, nhưng chúng tôi tin rằng kiến thức khoa học này sẽ thúc đẩy các lĩnh vực dập lửa, đẩy không khí và không gian, thậm chí sử dụng ngọn lửa trong không gian”.
Các nhà khoa học đã biết rằng nhiên liệu cháy sẽ tạo ra electron và ion. Trong những năm gần đây, nhóm KAUST đã chỉ ra rằng điện trường khiến các ion này chuyển động như một “gió ion”, có thể ảnh hưởng đến hình dạng của ngọn lửa và quá trình đốt cháy.
Để hiểu rõ hơn về hiện tượng này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một mô phỏng để cho thấy điện trường định hình gió ion như thế nào. Thành viên nhóm Jinwoo Son cho biết: “Cuối cùng, chúng tôi muốn thiết lập một công cụ dự đoán toàn diện”. Mô phỏng bao gồm nhiều yếu tố, bao gồm cường độ điện trường, các loại ion khác nhau trong ngọn lửa và sự phân bố của chúng.
Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra những dự đoán này bằng cách nghiên cứu ngọn lửa bên trong hộp tiếp xúc với điện trường lên tới 2.500 volt. Khí metan đi vào từ một phía của khoang, trong khi oxy đi vào từ phía đối diện, tạo ra một dải lửa ở giữa.
Nhóm nghiên cứu đã đo điện trường tại các điểm khác nhau trong ngọn lửa bằng cách sử dụng các xung laser công suất cao, một phương pháp được gọi là tạo sóng hài thứ hai cảm ứng điện trường (EFISH). Các nhà nghiên cứu đã sửa đổi kỹ thuật EFISH để sử dụng một công tắc có thể tắt điện áp chỉ trong một phần trăm tỷ giây. Điều này đóng băng một cách hiệu quả các ion của ngọn lửa theo thời gian và không gian, để EFISH có thể chụp nhanh chính xác sự phân bố của chúng.
Các kết quả thử nghiệm phần lớn phù hợp với mô phỏng, nhưng có sự khác biệt đáng chú ý trong điện trường cục bộ gần cửa xả nhiên liệu. Jin Park, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết: “Trong khu vực đó, thí nghiệm cho thấy điện trường tăng lên, trong khi mô phỏng cho thấy điện trường ít thay đổi”.
Điện trường tăng cao này là do các ion tích điện âm của nhiên liệu bị đốt cháy một phần, điều này không được mong đợi và chưa được đưa vào mô phỏng . Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng các phép đo sâu hơn về các ion tích điện âm có nguồn gốc từ các phân tử nhiên liệu sẽ được đưa vào các mô phỏng trong tương lai để cải thiện độ chính xác của chúng.
Cha nói: “Tôi tin rằng nhiệm vụ khoa học của chúng ta trong lĩnh vực này sắp kết thúc. "Bước tiếp theo của chúng tôi sẽ là áp dụng kiến thức của mình vào ứng dụng thực tế. Các lĩnh vực tiềm năng bao gồm tối ưu hóa quá trình truyền nhiệt trong lò công nghiệp hiệu quả, lực đẩy và lực đẩy vi mô, dập lửa và tận dụng không gian."
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Báo cáo khoa học .
