燃烧的火焰充满了可能受到电场影响的带电粒子

燃烧的火焰充满了可能受到电场影响的带电粒子。KAUST 研究人员现已研究使用高电压来控制这些颗粒，这可能会减少烟灰的形成并提高火焰的稳定性[1]。

研究小组负责人 Min Suk Cha 表示：“虽然尚未得到应用，但我们相信这些科学知识将为灭火、空气和太空推进，甚至在太空使用火焰等领域提供动力。”

科学家们已经知道燃烧燃料会产生电子和离子。近年来，KAUST团队表明，电场会导致这些离子作为“离子风”流动，这可能会影响火焰的形状和燃烧过程。

为了更好地理解这种现象，该团队开发了一种模拟来展示电场如何塑造离子风。“最终，我们希望建立一个全面的预测工具，”团队成员 Jinwoo Son 说。模拟包括许多因素，包括电场强度、火焰中不同类型的离子及其分布。

研究人员通过研究暴露在高达 2,500 伏电场的空腔内的火焰来测试这些预测。甲烷气体从腔体的一侧进入，而氧气从另一侧进入，在中间形成一条火焰带。

该团队使用高功率激光脉冲测量火焰中不同点的电场，这种方法称为电场诱导二次谐波产生(EFISH)。研究人员修改了 EFISH 技术，添加了一个可以在千亿分之一秒内关闭电压的开关。这有效地在时间和空间上冻结了火焰离子，以便 EFISH 能够准确捕捉其分布情况。

实验结果与模拟结果基本一致，但靠近燃料出口的局部电场存在显着差异。“在该区域，实验显示电场有所增加，而模拟显示电场几乎没有变化，”团队成员 Jin Park 说。

这种增强的电场是由部分燃烧的燃料的带负电的离子引起的，这是意料之外的，并且没有包含在模拟中。研究人员建议，对源自燃料分子的带负电离子的进一步测量应该纳入未来的模拟中，以提高其准确性。

“我相信我们在这一领域的科学探索很快就会结束，”查说。“我们的下一步是将我们的知识应用于实际应用。潜在领域包括优化高效工业炉中的传热、微推力和推进、灭火和空间利用。”

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