Динамика и энергетика горения ультрабедных смесей водорода с воздухом в ограниченном объеме

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе на основе детального численного анализа исследована динамика горения внутри ограниченного объема, заполненного предварительно перемешанными водородно-воздушными смесями, близкими по составу к нижнему концентрационному пределу горения. Проведено сравнение особенностей развития горения в зависимости от механизма его инициирования: от точечного источника или путем непрерывного подвода тепла от нагретой области на стенке реактора. Показано, что при точечном воспламенении полнота сгорания водорода существенно ниже, чем при непрерывном подводе тепла от стенки. Также получено, что, несмотря на малую химическую активность ультрабедных смесей водорода с воздухом, процесс горения имеет положительный баланс между энерговыделением в ходе химических реакций и теплотой, подводимой в реактор от нагретой стенки.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. С. Яковенко

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: yakovenko.ivan@bk.ru
Россия, Москва

А. Д. Киверин

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

Email: yakovenko.ivan@bk.ru
Россия, Москва

К. С. Мельникова

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

Email: yakovenko.ivan@bk.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Makhviladze G. M., Yakush S. E. // Proc. Comb. Inst. 2002. V. 29. P. 195. https://doi.org/10.1016/S1540-7489(02)80028-1
  2. Ciccarelli G., Dorofeev S. // Prog. Energy Combust. Sci. 2008. V. 34(4). P. 499.
  3. Lovachev L.A. // Combust. Sci. Technol. 1978. V. 18. P. 153. https://doi.org/10.1080/00102207808946847
  4. Ronney P. D. // Combust. and Flame. 1990. V. 82. P. 1. https://doi.org/10.1016/0010-2180(90)90074-2
  5. Shoshin Y., van Oijen J., Sepman A., de Goey L. // Proc. Comb. Inst. 2011. V. 33. P. 1211. https://doi.org/10.1016/j.proci.2010.06.030
  6. Coward H.F., Jones G.W. Limits of flammability of gases and vapors. Bulletin 503, US Bureau of Mines, 1952
  7. Levy A. // Proc. R. Soc. A. 1965. V. 283. P. 134. https://doi.org/10.1098/rspa.1965.0011
  8. Babkin V.S., V’yun A.V. // Combust., Explos. Shock Waves. 1976. V. 12. P. 196. https://doi.org/10.1007/BF00744886
  9. Babkin V.S., Zamashchikov V.V., Badalyan A.M. et. al. // Combust. Explos. Shock Waves. 1982. V. 18. P. 164. https://doi.org/10.1007/BF00789613
  10. Volodin V.V., Golub V.V., Kiverin A.D. et al. // Combust. Sci. Technol. 2020. V. 193. № 2. P. 225. https://doi.org/10.1080/00102202.2020.1748606
  11. Yakovenko I., Kiverin A., Melnikova K. // Fluids. 2021. V. 6. P. 21. https://doi.org/10.3390/fluids6010021
  12. Carmel M.K. Experimental results pertaining to the performance of thermal igniters / NUREG/CR-5079; SAND-87-3139. Nuclear Regulatory Commission, Washington, DC (USA). Div. of Engineering and Systems Technology; Sandia National Labs., Albuquerque, NM, USA, 1989.
  13. Yakovenko I., Melnikova K., Kiverin A. // Acta Astronaut. 2024. V. 225. P. 218. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2024.09.013
  14. Kuo K. Principles of combustion. 2nd ed. Hoboken. New Jersey: Wiley InterScience; 2005. ISBN 0-471-04689-2.
  15. Rehm R.G., Baum H.R. // J. Res. Natl. Bur. Stand. 1978. V. 83. Issue 3. P. 297.
  16. McGrattan K., McDermott R., Hostikka S. et al. Fire Dynamics Simulator Technical Reference Guide V. 1: Mathematical Model, Tech. Rep. NIST Special Publication 1018-1. U.S. Department of Commerce, National Institute of Standards and Technology. Gaithersburg, MD, 2019. https://doi.org/10.6028/NIST.SP.1018
  17. NRG computational package for reactive flows modeling. https://github.com/yakovenko-ivan/NRG
  18. Yakovenko I., Kiverin A. // Fire. 2023. V. 6. P. 23. https://doi.org/10.3390/fire6060239
  19. Bykov V., Kiverin A., Koksharov A., Yakovenko I. // Comput. Fluids. 2019. V. 194. P. 104310.
  20. Keromnes A., Metcalfe W.K., Heufer K.A. et al. // Combust. and Flame. 2013. V. 160. № 6. P. 995. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2013.01.001
  21. Lovachev L.A. // Ibid. 1976. V. 27. P. 125. https://doi.org/10.1016/0010-2180(76)90012-2
  22. Buckmaster J. // Combust. Sci. Technol. 1992. V. 84. P. 163. https://doi.org/10.1080/00102209208951851
  23. Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Е.К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 8. С. 68.
  24. Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Е.К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 12. С. 48.
  25. Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Е.К. и др. // Хим. физика. 2024. Т. 43. № 7. С.73.
  26. Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Е.К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 3. С. 70.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Постановка задачи: а – вариант воспламенения от точечного источника; б – вариант воспламенения от горячего пятна на нижнем торце камеры.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Хронология эволюции очага горения в смеси 6% водорода с воздухом, инициированного точечным источником, в моменты времени 20 (а), 60 (б), 100 (в), 140 (г), 180 (д) и 220 мс (е).

Скачать (3MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Хронология эволюции очага горения в смеси 6% водорода с воздухом, инициированного нагретой поверхностью при Rspot = 3.2 мм, Tspot = 2000 К в моменты времени 20 (а), 60 (б), 100 (в), 140 (г), 180 (д) и 220 мс (е).

Скачать (3MB)
Метаданные
5. Рис. 4. а – Временнáя зависимость отношения текущей массы водорода m(H2) в реакторе к начальной массе водорода m0(H2) в процентах. Тонкие штриховые линии – линейная интерполяция на стадии конусообразного пламенни; б – графики изменения энерговыделения за счет химических реакций, Er, и поглощения тепла, Ec, за счет кондуктивного теплообмена со стенками реактора.

Скачать (990KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025