К. К. Хренов и д-р техн наук, проф


НазваниеК. К. Хренов и д-р техн наук, проф
страница4/12
Дата публикации26.03.2013
Размер2.13 Mb.
ТипКнига
userdocs.ru > Физика > Книга
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

^ 1.5. КПД электрогидравлического эффекта

Электрогидравлический эффект был предложен прежде всего как способ трансформации электрической энергии в механическую. В связи с этим КПД этого преобразования является определяющим фактором при решении вопросов практического использования электрогидравлических способов и устройств. КПД (ц) электрогидравлического эффекта зависит как от параметров электрической схемы, так и от свойств подвергающихся электрогидравлической обработке объектов, среды, в которой она происходит, и характера обработки.

Ниже дается качественное изложение факторов, оказывающих влияние на величину КПД электрогидравлического эффекта

т)=/(а, /, Ьр, —, Ь\

где а = / (С, и', -:-, р-1 — амплитуда тока импульса; / — расстояние

между электродами (длина искры); ^ Ьр — коэффициент, характеризующий резонансные свойства .материала; т — длительность импульса; Ь — крутизна фронта импульса; С — электрическая емкость; и — номинальное напряжение; Ь — индуктивность разрядного контура; /? — сопротивление разрядного контура. ^

Доказано, что КПД возрастает с увеличением значений а и Ь, а также длины искры / и уменьшается с увеличением т. Уменьшение значений Ь и К разрядного контура, а также рост напряжения и и в известных пределах емкости С способствуют увеличению механического КПД электрогидравлического эффекта, увеличению КПД также способствует увеличение плотности рабочей жидкости [3].

Однако следует также иметь в виду сложный характер зависимости электрических параметров друг от друга. Так, при увеличении емкости контура линейно возрастают энергия импульса, амплитуда тока, удлиняется искра, но одновременно увеличивается и длительность импульса. Возрастание амплитуды тока и рост длины искры способствуют увеличению КПД, но их положительное влияние подавляется быстрым увеличением длительности импульса.

Поскольку передача энергии от искрового канала в окружающую его среду осуществляется через поверхность этого канала, то пространственные параметры искры будут в значительной степени определять эффективность этого процесса. Поэтому, говоря далее о напряжении и емкости, следует прежде всего иметь в виду, 30

что они являются главными факторами, определяющими длину (напряжение) и диаметр (емкость) искрового канала. При увеличении напряжения резко возрастают энергия импульса (А = = С1!2/2) и крутизна фронта импульса тока [3, 4].

Кроме того, с повышением напряжения одновременно увеличивается и длина искры. Казалось бы, ясно, что увеличение длины и диаметра искрового канала, увеличивая его поверхность, будет способствовать улучшению условий перехода энергии в окружающую среду. Однако с ростом диаметра канала переход энергии из его центральных частей на периферию будет все более затрудняться и энергия начнет непроизводительно расходоваться на перегрев канала искры. Для ослабления этого отрицательного фактора можно увеличить крутизну фронта и уменьшить длительность импульса, так как увеличение скин-эффекта, возникающее при этом, вызовет интенсивное перекачивание энергии из центральных областей канала на его периферию, а увеличение крутизны фронта и уменьшение длительности импульса достигаются повышением напряжения.

В конечном счете повышение напряжения вызывает рост КПД и приводит к возрастанию «жесткости» электрогидравлического удара, делая его более коротким,— бризантным. Увеличение емкости, наоборот, приводит к «смягчению» электрогидравлического удара, делая его менее «жестким» — более длительным.

Увеличение индуктивности разрядного контура приводит к резкому возрастанию длительности импульса, что даже при постоянной амплитуде тока ведет к резкому изменению крутизны фронта, который становится более пологим, а поэтому даже ничтожное уменьшение индуктивности разрядного контура приводит к увеличению механического КПД разряда.

Увеличение сопротивления разрядного контура снижает энергию импульса и уменьшает амплитуду тока, вызывает увеличение длительности импульса и резко влияет на крутизну его фронта, делая его более пологим, что в конечном счете также приводит к снижению КПД- Таким образом, направленное изменение какого-либо параметра разрядного контура одновременно с этим разнообразно влияет и на остальные параметры разряда [6].

Разделив процесс на стадии, как это, мы сделали раньше, проще и удобнее определить возможности повышения КПД для всего процесса в целом. При этом большое значение имеют как длительность, так и форма импульсов тока и напряжения каждой стадии.

Так, для повышения КПД выгодно, чтобы предразрядная стадия была возможно короче. Однако при обычных условиях уменьшение длительности этой стадии может привести к резкому уменьшению длины искрового разряда, поскольку за короткое время стримеры, если их росту чем-либо не помочь, не смогут прорасти на большое расстояние. Таким образом, укорочение длительности предразрядной стадии связано с необходимостью увеличения -скорости роста стримеров или облегчения условий

31
их роста в жидкости. А скорость и условия роста стримеров зависят в большей степени от напряжения и в меньшей степени от характера и степени ионизации жидкости.

На стадии переднего фронта механический КПД разряда будет возрастать с увеличением крутизны фронта и амплитуды импульса тока. КПД также резко возрастает, если стадии, не участвующие в процессе трансформации электрической энергии (примерно с половины стадии заднего фронта вплоть до полного прекращения процесса разряда), упразднить вообще. Для некоторых видов электрогидравлической обработки эти стадии не нужны, на них происходит непроизводительный расход энергии (до 10—30 % всей энергии разряда). В связи с этим повышение электрического, а значит, и механического КПД за счет экономии этой энергии представляет большой практический интерес.

Разработанные электрические схемы позволяют «отсекать» любую из хвостовых частей импульса, оставляя при этом в конденсаторе всю ту энергию, которая ранее'шла на обеспечение существования этих стадий. Сохраненная в конденсаторе энергия ускоряет зарядку конденсатора до заданного пробивного напряжения и этим на 10—20 % повышает КПД всех электрогидравлических устройств, работающих по таким схемам.

Однако в зависимости от поставленных целей (характера обработки) отношение к существованию различных стадий разряда во времени может быть и'противоположным. Так, для осуществления, например, импульсного электролиза оказывается рациональным как можно более удлинить предразрядную стадию процесса. В тех случаях, когда необходимо использовать действие магнитного поля для активизации химических реакций, следует увеличить крутизну фронта и амплитуду тока на стадии переднего фронта, что выгодно также и при использовании в тех же целях процессов кавитации в кавитирующем кольце, тем более мощном, чем больше мгновенная мощность разряда.

^ 1.6. Импульсная электрохимия

Объяснить все процессы, происходящие при воспроизведении электрогидравлического эффекта, невозможно, не объяснив химической основы этого явления. Действующие при этом внешние силы могут во много раз превосходить силы, рассматриваемые при обычных химических процессах, что не может не сказаться на характере протекания возникающих при этом химических реакций и их конечных результатах.

Химия жидких растворов в обычном ее представлении изучает взаимодействия атомов, ионов 'и молекул, совершающиеся под влиянием собственных сил притяжения и отталкивания, чему сравнительно слабые внешние силы могут в какой-то степени только способствовать, отнюдь их не определяя. Таким образом, это, по существу, химия слабых внешних воздействий.

32

Электрогидравлика использует токи в сотни тысяч и миллионы ампер, напряжения в сотни тысяч вольт, создающие огромной силы электрические и магнитные поля, но, что самое главное — она использует только импульсное приложение этих сил к обрабатываемым объектам. Этим объясняются очень резкие отличия процессов, происходящих при электрогидравлическом эффекте от процессов обычной химии.

Отсюда представляется возможной допустимость введения в практику нового раздела электрохимии для такого рода процессов, который можно назвать импульсной электрохимией..

Импульсная электрохимия должна исследовать химические процессы, совершающиеся в результате сильных внешних импульсных электрических воздействий.

В химических процессах, сопутствующих электрогидравлическому воздействию на материалы, такие факторы, как характер и длительность действующих сил, скорость взаимодействия и длина путей перемещения частиц, могут выступать как условия, определяющие форму и скорость протекания химических реакций. Эти факторы изменяются в зависимости от параметров электрогидравлического эффекта. Особенно отчетливо их влияние будет сказываться в начальной стадии основных этапов процесса.

Для всякого химического процесса существуют некоторые минимальные время и энергия, необходимые для осуществления данной химической реакции, которая иначе произойти не сможет, даже если и существуют все прочие необходимые условия ее возникновения. При электрогидравлическом воздействии на материалы длительность приложения действующих сил может оказаться настолько короткой, что кАкая-либо химическая реакция может и не произойти'. Это следует учитывать при обсуждении полученных результатов.

По нашим представлениям, в химических процессах при электрогидравлическом воздействии на материалы заметную роль (в том числе и как химический фактор) играют свободные электроны (тем более, что условия их возникновения и активного существования при этом более чем благоприятны). Это положение подтверждается многими наблюдениями и опытными данными. В частности, удалось наблюдать ряд явлений, которые могут быть определены и отчетливо объяснены только за счет существования в этих процессах подобных электронов. К ним относятся явления так называемого «лучистого разряда», которые возникают при работе на очень малых (менее 0,001 мкФ) емкостях и относительно высоких (более 100 кВ) напряжениях. При этом кроме обычных криволинейно ветвящихся стримеров, присутствующих теперь уже в меньших количествах и внешне имеющих «тонкие» концы и. «толстые» основания ветвей, во все возрастающем по мере увеличения жесткости режима количестве> наблюдаются и особые «лучистые» стримеры совершенно одинаковой «толщины» по всей своей длине и развивающиеся при этом иде-

33
ально прямолинейно. Длина лучей, (при 100 кВ) может достигать 50—80 мм и более. Лучи белого цвета и более яркие, чем обычные стримеры, развиваются рядом с ними, толщина их исчезающе мала и оценить ее визуально практически невозможно. Сходство лучей с прямолинейными участками скользящих разрядов, развивающихся на тех же режимах, позволяет провести некоторую аналогию между ними.

По нашим представлениям, возникающие под влиянием сверхмощных полей лучистые стримеры образованы свободными электронами, движущимися с большими скоростями. Для них жидкость оказывается подобной вакууму, в силу чего пути их' перемещения к электроду оказываются практически прямолинейными. Скользящие разряды [7] являются весьма перспективным средством исследования глубоких физико-химических свойств и молекулярной структуры поверхностных слоев жидкостей.

Опыт показал, что углы разветвлений таких скользящих разрядов (например, на поверхности воды) с достаточной точностью совпадают с углами между осями, соединяющими центры атомов в молекуле воды, или углами, образованными молекулами воды, плотно уложенными в «поля» плоских кристаллов воды, плавающих в ее поверхностном слое. Опыт не обнаружил углов разветвлений разрядов, которые бы резко выходили за пределы указанных выше «стандартов». Точность совпадений возрастает с увеличением жесткости режима работы.

Отмеченное нами явление «поворота» разрядов, становившихся после изменения направления то широкими, идущими как плоская лента, то узкими, словно та же лента, но поставленная «на ребро», также находит объяснение. Очевидно, что диполи, стоящие «торчком» в поверхностном слое жидкости, позволяют разряду либо скользить, как плоская лента, по их верхушкам, и тогда разряд действительно имеет вид ширвкой плоской ленты, либо проникать, как лезвие бритвы, между их верхушками в глубь поверхностного слоя диполей, таким образом частично углубляясь в этот поверхностный слой, и тогда разряд действительно имеет вид плоской ленты, но поставленной на ребро.

Высказанные положения подтверждаются тем, что в случае использования иных, чем вода, жидкостей наблюдается большое многообразие форм скользящих разрядов. Естественно, что при этом должны быть приняты все необходимые меры против поглощения исследуемой в опыте жидкостью паров воды из окружающей атмосферы. Обнаруженное при работе на этих же электрических параметрах явление закручивания «в кольцо» скользящих разрядов, развивающихся с острия отрицательного электрода, объясняется влиянием на электронно-ионные процессы таких разрядов их собственных электромагнитных полей. Электромагнитные силы разряда разделяются на чисто электрические и чисто магнитные со свойственной каждой из них спецификой воздействия на строго определенные стороны протекающих процессов.

34

Так, электрические силы действуют на ионы в жидкости, сообщая им движение к противоположно заряженным электродам, тем самым определяя само явление импульсного электролиза. Эти же силы действуют на неполярные молекулы и атомы, растягивая их в диполи, а при достаточно мощных воздействиях даже разрывают их на ионы. Они же при определенных условиях оказываются способными вырвать гидратированный ион из окружающей его «шубы» диполей, сообщив ему при этом скорость, значительно превышающую обычную. Аналогично действуют они и на упомянутый выше гидратированный электрон, не только определяя его существование, но и заставляя двигаться между частицами жидкости, как в вакууме, с высокими скоростями.

Магнитные силы определяют общее число ионов и диполей, участвующих во взаимном противоположно направленном их перемещении, и определяют характер этого движения в перпендикулярном к нему направлении, либо стягивая, либо, наоборот, раздувая движущиеся потоки зарядов.

Отсюда напрашивается естественный вывод о том, что если магнитное поле изменяет концентрацию ионов, а следовательно, и свободных радикалов в том или ином объеме сосуда, то тем самым оно уже превращается в очевидный и достаточно активный фактор химического воздействия.

Поскольку импульс тока и импульс напряжения прикладываются к жидкости разновременно и резко различаются по характеру своего воздействия на жидкость и поскольку крутизна их нарастания и спада, а также длительность при этом могут изменяться в широких пределах, то в каждый из моментов рассматриваемого нами химического процесса мы по существу имеем дело с жидкостями, совершенно различными не только по своим физико-химическим свойствам, но и по своей способности к реакции.

Высказанное положение является основным положением, определяющим методологический подход к рассмотрению всех процессов импульсной электрохимии электрогидравлического эффекта, затронутых в данной работе. Импульсная электрохимия электрогидравлического эффекта — это прежде всего импульсная электрохимия воды или водных растворов веществ. Для практически нерастворимых или не смешивающихся с водой жидкостей нали-• чие в них хотя бы следов воды определяет не только интенсивность и характер возникающих при этом химических реакций, но и самую возможность их существования. В опыте зачастую оказывается вполне достаточным наличие в данной жидкости только естественно растворенных в ней паров воды, чтобы "необходимые нам химические реакции существовали и проходили достаточно полно и интенсивно.

Однако химические реакции под воздействием электрогидравлического эффекта могут протекать и во всех других жидкостях, в том числе и в неводных растворах, а также в полностью обезвоженных жидкостях при условии, если в них под, влиянием

3* - 35
диссоциации, электромагнитных полей и других естественных причин либо под воздействием предварительной электрогидравлической обработки уже существуют или временно возникают ионы или свободные радикалы. Начальным этапом таких процессов может стать, например, возникновение или предварительное существование диполей.

Установлено, например, что при резонансном разрушении материала большое значение в повышении его эффективности имеют внутренние перенапряжения в дислокациях кристаллов, и особенно те из них, которые способствуют силам резонансного разрушения. Не будет преувеличением допустить существование и чисто резонансного разрушения химических связей, поскольку частоты и амплитуды жестких режимов электрогидравлического эффекта принципиально способны сообщать интенсивные колебания даже отдельным молекулам. В этом случае внутренние напряжения могут и будут способствовать разрушению химических связей.

На основании наблюдений можно предположить, что подобного рода процессы при электрогидравлическом воздействии действительно происходят, в частности, разрушение диполей на ионы, разрушение крупных молекул полимеров и т. д.

Необходимо отметить, что все химические элементы, участвующие в реакциях, находятся в жидкости не только в виде простых молекул (анионов и катионов) или свободных радикалов, но и в виде ионов сложных комплексных молекул и даже коллоидов. При работе с какой-либо жидкостью исследователь на каждой из стадий будет иметь дело с совершенно различными жидкостями. Отсюда понятно то естественное недоумение многих, когда в своих работах при исследовании процесса в целом они получали либо огромные разбросы численных значений результатов, либо данные, прямо противоположные данным своих предыдущих опытов.

Нами разработаны методы, позволяющие во многих случаях в значительной мере выделять факторы, действующие в каждой из указанных выше стадий, регистрируя результаты химических процессов, протекающих на отдельных этапах каждой стадии, в зависимости от строго определенных действующих факторов.

Рассмотрим действующие факторы по каждой из стадий общего процесса электрогидравлического эффекта.

За время предразрядной стадии на первый план по своему значению выступают химические процессы, определяемые импульсным электролизом. Характерными для этой стадии являются, • во-первых, резко выраженная асимметричность распределения и концентрации ионов различной полярности в объеме жидкости между электродами и особенно вблизи них, определяемая резкой асимметрией электромагнитного поля, во-вторых, преобладание в некоторых точках объема жидкости (определяемых формой полюсов и их взаимным расположением) ионов одного знака.

Основным результатом импульсного электролиза на этой стадии процесса является образование «газовой рубашки», окружаю-

36

щей канал стримера и создающей электрическую и тепловую изоляцию его. В дальнейшем эта газовая рубашка служит главной основой того парогазового демпфера, который снижает механический КПД электрогидравлического эффекта, оказывая таким образом на разных этапах процесса то положительное, то отрицательное влияние.

Следует указать, что химические процессы на этой стадии определяют показатель «добротности» данной жидкости как импульсного диэлектрика (см. гл. 2), а также время, в течение которого эта жидкость может работать как импульсный диэлектрик в разного рода импульсных конденсаторах, выпрямителях, кабелях. По нашим представлениям, именно на этой стадии наиболее отчетливо проявляет свое действие и свободный гидрати-рованный электрон.

Основным действующим фактором химического воздействия на предразрядной стадии процесса разряда являются сверхмощные электрические поля, способные растягивать и превращать в диполи все неполярные молекулы, а некоторые из полярных молекул даже разрывать на ионы. При этом импульсный электролиз в отличие от обычного (захватывающего весь объем жидкости) протекает очень неравномерно (по объему) и наиболее интенсивно проявляется непосредственно у электродов, на передней поверхности которых образуются импульсные мономолекулярные газовые пленки от разрядившихся ионов, и столь же интенсивно — в объеме жидкости между электродами (в основном на поверхности «выдвижного электрода», чем по сути дела является в этот период растущий в жидкости стример).

Многие процессы, происходящие при этом, можно наблюдать визуально. Так, при некотором навыке наблюдают яркое розовато-оранжевое свечение (под влиянием собственных полей разряда) газовых вакуолей, возникающих при стягивании в пузырьки цилиндрических газовых рубашек, которые образуются на исчезающих ветвях стримеров в результате разряда ионов на этот стример, как на электрод за время его роста в жидкости.

Химические процессы на стадии переднего фронта характеризуются резким спадом интенсивности импульсного электролиза, который по-прежнему протекает в основном на поверхности электродов и в объеме жидкости между ними, развиваясь между ионами, деформированными импульсными полями.

Определяющим условием существования высокого показателя «добротности» данной жидкости как импульсного диэлектрика на этой и предыдущей стадиях процесса будет монотонность нарастания (или спада) крутизны фронта импульсов тока и напряжения, постоянство ускорения этого нарастания.

Химические процессы на стадии заднего фронта по сути дела аналогичны процессам на предыдущей стадии с той разницей, что если электромагнитные силы в первом случае с каким-то ускорением нарастали (например, магнитное поле) или убывали (элект-

37
рическое поле), то на данной стадии процесса они с несколько иными ускорениями будут соответственно л-ибо убывать (магнитное поле), либо нарастать (электрическое поле). Напряжение при этом переходит через нулевое значение, изменяет знак и нарастает.

Стабильность деформации собственных силовых полей сталкивающихся ионов, движущихся навстречу друг другу, определяет их способность к^электролизу. Чем монотоннее и ближе к прямой идет нарастание (или убывание) крутизны фронта импульса напряжения (и в значительно меньшей степени — импульса тока), тем более стабильной будет эта деформация, «неподвижнее» движущиеся ионы, менее электропроводной данная жидкость и тем лучшим импульсным диэлектриком она будет.

Исследование процессов, протекающих за время существования стадии заднего фронта, показывает, что, хотя сама стадия и не вносит в общий процесс какого-либо существенного «химического» вклада, но большинство процессов, являющихся результатом механических, физических и химических действий электрогидравлического эффекта, тем не менее происходят за время существования данной стадии (например, процессы газового разряда).

Химические процессы на стадии последующих полуволн будут аналогичны процессам, происходящим на двух предыдущих стадиях. Однако длительность и крутизна фронтов каждой полуволны, амплитуды и меняющиеся знаки напряжений и токов этих полуволн,' быстро убывая, будут этим резко отличаться от соответствующих характеристик предыдущих стадий.

В большинстве случаев, даже на пограничных со средними (жестких) режимах, токи полуволн этой стадии могут проходить уже не только через узкий плазменный шнур, заполняющий канал разряда в плотно обжимающей его жидкости, но и непосредственно через парогазоплазменную смесь, заполняющую начавшую свое образование в жидкости и уже отчетливо выраженную полость. Аналогичные соображения относятся и к работе на мягких ре-жимах; где токи полуволн должны вызывать все явления и следствия, проистекающие при обычном разряде в газах.

Однако, если режим выбран правильно и все определяющие его параметры не искажены, то форма импульса тока в разряде даже на очень мягких режимах будет всегда близка к апериодической и, таким образом, к моменту вступления разряда в стадию последующих полуволн энергия разряда за две основные, определяющие, стадии (переднего и заднего фронтов) окажется уже израсходованной. Поэтому на развитие мощного разряда; в парогазовой полости оставшейся в контуре энергии окажется недостаточно и такого разряда практически не произойдет. Поскольку время существования полости для всех режимов сравнительно велико (в среднем на 2—4 порядка больше времени существования разряда), становится очевидным, что для каждого режима суще-

38

ствует такая максимальная частота, выше которой работа любой электрогидравлической установки становится практически невозможной. За пределами Зтих частот разряды начинают возникать в еще не исчезнувшей до конца полости, не создавая при этом-ни трансформации энергии, ни сверхвысоких давлений, ничего того, что мы называем электрогидравлическим эффектом.

Это еще раз говорит о важности работы электрогидравлических установок только на оптимальном режиме, когда при любых параметрах импульса количество пара и газа в полости минимально, в силу чего полость захлопывается, практически не совершая пульсаций.

Естественно, что при работе на схемах, «отсекающих» практически бесполезные стадии импульса, образующаяся полость будет содержать минимум газов и паров. Расширение даже очень крупной полости (например, до 0,5 м в диаметре) совершается за тысячные или сотые доли секунды, поэтому быстрое расширение газов и паров (пусть и в очень малом количестве, но заполняющих полость) вызывает резкое (пропорциональное скорости расширения) понижение температуры в ней. Это будет способствовать ускорению конденсации и растворению этих паров и газов. Предельные частоты (на. оптимальных режимах работы) выше на жестких и ниже на мягких режимах, колеблются (в зависимости от энергии разряда) от нескольких тысяч до 10—20 Гц.

Очевидно, что высокий механический КПД не всегда совпадает с высоким химическим КПД, который для каждого типа реакций будет различным. Поэтому в области химической технологии будет естественнее стремиться к увеличению выхода данного химического продукта или повышению его качества, а не к достижению высокого механического КПД. Вполне возможно в этом случае работать либо на кистевом разряде, либо только на колебательной, а не на апериодической форме импульса.

Химические процессы на стадии затухания реакций наиболее сложны. Разнообразные, иногда очень неустойчивые химические соединения, возникшие за все предыдущие стадии общего процес- / са разряда, вступают в этот период в химическое взаимодействие, превращаясь при этом во все более и более стабильные соединения. Стадия характеризуется большой длительностью протекания и может растягиваться иногда до нескольких часов, дней или

даже месяцев.

При электрогидравлической обработке обычной воды химические соединения, возникающие и существующие в ней к началу данной стадии, могут быть весьма многообразными — это и многовалентные ионы различных примесей и свободные радикалы, ионы N0, МО2 и МО3, перекись водорода, атомарные кислород и водород, цианиды и даже некоторые простейшие аминокислоты. Естественно, что с изменением и усложнением состава жидкости соответственно будут возрастать многообразие и сложность возникающих и образующихся химических веществ. Химические соедине-,

39
ния, возникающие на первой стадии, а равно и во все последующие стадии общего процесса, в течение последующих стадий будут подвергаться всем специф.ическим воздействиям, свойственнымхэтим стадиям, и под их влиянием будут изменяться и дальше. Таким образом, конечный продукт будет результатом многих последовательных химических превращений.

Химические процессы, протекающие при электрогидравлическом воздействии на жидкость (воду), внешне носят, как правило, одновременно и окислительный и восстановительный характер. Однако в зависимости от размещения и конфигурации электродов (и соответственно степени однородности электромагнитного поля) может быть достигнуто преобладание в одном месте только окислительных, -а в другом (даже рядом расположенном) — только восстановительных процессов. Это позволяет утверждать, что при электрогидравлическом воздействии на жидкость (в данном случае на воду) может иметь место неравномерное распределение в жидкости действующих химически активных факторов, обусловленное неоднородностью электромагнитного поля и спецификой его приложения к жидкости. Поэтому каждая отдельная стадия общего процесса может характеризоваться преобладанием в ней окислительных либо восстановительных процессов.

Опытным путем можно (например, для воды) установить, что при работе на так называемой прямой полярности (минимальном — положительном и максимальном — отрицательном электродах) процесс в объеме между электродами, как правило, будет характеризоваться преобладанием окислительных, а при работе на обратной полярности (минимальном — отрицательном и максимальном — положительном электродах) — восстановительных реакций. По мере того как в соответствии с протекающей в данный момент стадией разряда напряжение и ток будут менять свои знаки, вблизи полюсов будет происходить одновременная смена окислительных реакций на реакции восстановительные, и наоборот.

Используя специальные приемы, можно с достаточной точностью исследовать химические процессы, протекающие как вблизи электродов, так и в любой части объема жидкости (например, при помощи полного или частичного заполнения ванны с расположенными в ней электродами каким-либо специальным гелем). Вводя в состав этого геля специально'подобранные индикаторы, легко установить присутствие и даже количество в заданной точке объема ванны любого из интересующих нас ионов. Для удобства объем ванны разделяют продольными или поперечными (пористыми) перегородками на любые по величине, легко отделяемые друг от друга объемы, заполненные гелем. Таким образом, химический анализ в данной точке объема ванны может быть осуществлен одновременно и сразу после прохождения через ванну каждого единичного импульса, как сопровождающегося, так и не сопровождающегося искровым разрядом. 40

Последний случай представляет интерес, поскольку, как показал опыт," кисте,вые разряды, осуществляемые в разного рода жидкостях, оказывают на них несколько специфическое химическое воздействие (по интенсивности сравнимое с искровым разрядом). Опытные данные позволяют утверждать, что кистевой разряд в жидкости при достаточно энергичном его освоении может в самое ближайшее время стать мощным технологическим инструментом для использовния в химической промышленности.

При изучении явлений импульсной электрохимии может быть
использован прием размещения электродов в отдельных сосудах,
полностью или частично заполненных специально подобранными
гелями, электрически соединенных между собой либо обычными,
либо гелевыми, либо жидкостными проводниками, представляю
щими собой стеклянные трубки или капилляры, заполненные гелем
или жидкостью. Форму сосудов, расположение в них электродов,
а также точки соединения сосудов обычными или гелевыми
проводниками можно произвольно изменять в зависимости от цели
эксперимента. »

Особый интерес представляет вариант использования этого метода, когда два сосуда с размещенными в них электродами соединяют между собой десятками прямолинейных или изогнутых трубок (или капилляров), заполненных подобранными жидкостями или гелями. При этом в каждом из сосудов с электродами могут быть помещены совершенно различные жидкость или гель. Этот вариант отличается быстротой и удобством исследования различных гелей или жидкостей, заполняющих трубки.

Во всех случаях применения жидких электролитов, заполняющих отсеки ванн или соединяющие их трубки, среду можно выполнять и проточной. Такой вариант применения метода позволит легко выводить образовавшиеся химические соединения по мере их получения, либо вводить в реакцию необходимые химические реагенты.

Индикаторы, вводимые в гель, в зависимости от их свойств будут реагировать на любой подлежащий изучению ион (например, изменением цвета, прозрачности геля и т. п.). Присутствие исследуемых ионов в каждом объеме может быть определено и последующим химическим анализом пробы. В качестве такого рода индикаторов могут быть использованы разного рода флюоресцирующие, фосфоресцирующие или даже опалесцирующие вещества. Регистрация химических изменений в гелевой. ванне может производиться после прохождения через нее как одного, так и нескольких импульсов. Однако особый интерес вызывает возможность регистрации химических изменений после прохождения не всего импульса, а только какой-либо одной его части.

В этих целях обычными методами электроники часть импульса, химическое воздействие которого подлежит изучению, «отсекается» от остальной («мешающей») части и направляется в ванну. Наиболее легко осуществить последовательное «отсечение» только

41
«передних» или, наоборот, только «задних» хвостовых частей импульса.

Так, отсекая все последующие стадии, можно исследовать химическое воздействие только одной предразрядной стадии или только предразрядной стадии и стадии переднего фронта и т. д. Отсюда кажется логичным, отсекая этим же методом все предыдущие стадии, изучить химическое воздействие, например, одной стадии затухания реакций или (одновременно с ней) стадии последующих полуволн и т. д. Принципиально не встречает затруднений «отсечение» всех стадий как предшествующих любой изучаемой стадии, так и последующих. Однако следует иметь в виду, что процесс разряда как таковой перестает существовать и исчезает как целое, если будет осуществлено «отсечение» хотя бы одной первой стадии его (если стримеры не прорастут, то между электродами не будет ни искрового, ни кистевого разряда). В этом случае выход состоит в периодическом подключении вместе с возникновением очередной , стадии разряда новых, еще «не работавших» на предыдущих стадиях объемов ванны или трубок-капилляров. Выполнить подобную задачу нетрудно. Для этого необходимо, чтобы поочередно отсекались только последующие стадии, т. е. чтобы сначала изучалось химическое воздействие только одной предразрядной стадии, затем совместное химическое воздействие предразрядной стадии и стадии переднего фронта, потом совместное воздействие их обеих и стадии заднего фронта и т. д. Дополнительные химические изменения будут определяться каждой последующей стадией.

Гарантированная полная стабильность всех4 характеристик разряда при его многократном повторении позволит (применяя изложенную выше методику) получить исчерпывающую картину химических реакций, протекающих на каждой стадии разряда при всем многообразии возможных параметров разрядного контура, режимов работы, свойств и состава жидкостей, формы, размеров, размещения и материалов электрода, экранов и т. д.

Исследования показали, что материал электродов в обычных условиях незначительно влияет на процесс развития и протекания разряда, но очень заметно влияет на химические процессы, возникающие при разряде. Так, химические процессы, протекающие с применением одного или обоих угольных электродов, несколько отличаются от явлений, протекающих, например, при использовании медных или алюминиевых электродов. При работе по излагаемой методике следует иметь в виду, что использование гелей определяющим образом сказывается на всем поведении ионов, и прежде всего на уменьшении их скорости.

Так, расположив подлежащий исследованию гель тонким слоем на какой-либо изолирующей поверхности и подсоединив к нему электроды, можно с большой точностью определить скорость движения в нем любого из интересующих нас ионов, при условии если он окрашивает индикатор или каким-либо иным способом

42

проявляет Свое присутствие в геле. В частности, движение одного из ионов в слое геля, изготовленного растворением желатины в воде, проявляется в том, что по поверхности желатины от одного электрода к другому со скоростью движения иона распространяется отчетливо видимая, расположенная концентрично электроду кольцевая «волна» в виде резко выступающего возвышения на тонком слое геля, увеличившегося в объеме под влиянием движущегося в нем иона. Скорость распространения подобной «волны», изменение цвета или прозрачности (по Теплеру) могут быть измерены обычными средствами.

Отметим, что уникальные возможности химического воздействия электрогидравлического, эффекта на обрабатываемые материалы, несомненно, обеспечат его широкое использование в самых различных химических процессах.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Похожие:

К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconМагистральные трубопроводы
Южниигипрогаза (И. И. Панков и Н. Н. Желудков), Государственного газового надзора СССР р. Г. Торопова), вниигаза Мингазпрома (кандидаты...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconТиражування та розповсюдження без офіційного дозволу Держпожбезпеки заборонено
Укрндіпб) мвс україни (канд техн наук Откідач М. Я.,  Нехаєв В. В. – керівник розробки,        Сокол В. Г. – відповідальний виконавець...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconЕ. М. Перепонова ), ниипг гугк (канд техн наук
Работаны цнииомтп госстроя СССР (кандидаты техн наук В. С. Сытник, С. Е. Чакулаев) с участием нииосп им. Н. М. Герсеванова Госстроя...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconАвтомобильные дороги
Минавтодора рсфср (д-р техн наук А. П. Васильев; кандидаты техн наук В. Д. Белов, Е. М. Окороков), Гипроавтотранса Минавтотранса...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconАлюминиевые конструкции
Разработаны цнииск им. Кучеренко (д-р техн наук В. И. Трофимов, канд техн наук Б. Г. Бажанов) при участии цниипроектстальконструкции...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconУчебное пособие рекомендовано умо по образованию в области социальной...
Д-р соц наук, проф. А. В. Миронов; д-р полит, наук, проф. М. В. Савва; д-р полит, наук, проф. С. В. Передерий
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconБезопасность технологических процессов и производств
«Промышленная безопасность и охрана окружающей среды» Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина (зав...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconД. А. Леонтьев психология смысла
Рао б. С. Братусь д-р психол наук, проф., чл кор. Рао в. А. Иванников д-р психол наук, проф., чл кор. Ран в. Ф. Петренко д-р психол...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconИстория экономики учебник
О. Д. Кузнецова; канд экон наук, доц. Л. И. Пермякова; канд экон наук, доц. Е. Г. Лисовская; д-р экон наук, проф. И. Н. Шапкин; канд...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconПод общей редакцией
Кононов К. А., канд юрид наук — гл. 7 (в со­авт.); Кряжкова О. Н., канд юрид наук, доцент — гл. 7 (в со­авт.), 18, 27; Марокко II....
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница