Численное моделирование структуры ламинарного пламени в стехиометрической водородно-воздушной смеси

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведены численное моделирование структуры и расчеты скорости распространения ламинарного пламени в стехиометрической смеси водорода с воздухом при нормальных начальных условиях. Представлен сравнительный анализ результатов, полученных с использованием трех детальных кинетических механизмов (ДКМ), различающихся как набором элементарных реакций и участвующих в них компонентов, так и значениями констант скорости. Установлено, что убывание концентрации H2 имеет слабовыраженный двухстадийный характер. При наличии дополнительного канала инициирования, H2+O2=OH+OH, появляется выраженный второй максимум концентрации промежуточного продукта – H2O2. В отсутствие этого канала наблюдается двухстадийный рост концентрации OH. На основе анализа чувствительности тепловыделения к константам скорости реакций дано объяснение сложного поведения профилей концентраций OH и H2O2. Несмотря на обнаруженные различия, все три ДКМ предсказывают близкие значения нормальной скорости горения и скорости тепловыделения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. М. Тереза

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

Г. Л. Агафонов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

Э. К. Андержанов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

А. С. Бетев

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

С. В. Хомик

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

Т. Т. Черепанова

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

А. А. Черепанов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

С. П. Медведев

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Sanchez A.L., Williams F.A. // Prog. Energy Combust. Sci. 2014. V. 41. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2013.10.002
  2. Губернов В.В. Автореф. дис. … д-ра ф.-м. наук. М.: Физ. ин-т им. П.Н. Лебедева РАН, 2013.
  3. Шмаков А.Г. Автореф. дис. … д-ра хим. наук. Нск: ИХКГ СО РАН, 2022.
  4. Kudriakov S., Studer E., Bin C. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2011. V. 36. № 3. P. 2555. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.03.138
  5. Gai G., Kudriakov S., Rogg B. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 31. P. 17015. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.04.225
  6. Yakovenko I.S., Ivanov M.F., Kiverin A.D., Melnikova K.S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2018. V. 43. P. 1894. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.11.138
  7. Yakovenko I., Kiverin A., Melnikova K. // Fluids. 2021. V. 6. №. 1. P. 21. https://doi.org/10.3390/fluids6010021
  8. Яковенко И.С., Медведков И.С., Киверин А.Д. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 85.
  9. Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 8. С. 68.
  10. Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 12. С. 48.
  11. Moroshkina A., Yakupov E., Mislavskii V., et al. // Acta Astronautica. 2024. V. 215. P. 496. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2023.12.032
  12. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987.
  13. Hong Z., Davidson D.F., Hanson R.K. // Combust. and Flame. 2011. V. 158. No. 4. P. 633. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2010.10.002
  14. Keromnes A., Metcalfe W. K., Heufer K. A. et al. // Combust. and Flame. 2013. V. 160. P. 995. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2013.01.001
  15. Smith G. P., Tao Y., Wang H. Foundational Fuel Chemistry Model. Ver. 1.0 (FFCM-1), 2016. http://web.stanford.edu/group/haiwanglab/FFCM-1/index.html
  16. Hashemi H., Christensen J.M., Gersen S., Glarborg P. // Proc. Combust. Inst. 2015. V. 3. P. 553. https://doi.org/10.1016/j.proci.2014.05.101
  17. Konnov A.A. // Combust. and Flame. 2019. V. 203. P. 14. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2019.01.032
  18. Zhang Y., Fu J., Xie M., Liu J. // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. №. 7. P. 5799. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.11.083
  19. Krivosheyev P., Kisel Y., Skilandz A. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 66. P. 81. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.03.363
  20. Nikitin V.F., Mikhalchenko E.V., Stamov L.I. et al. // Acta Astronaut. 2023. V. 213. P. 156. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2023.08.036
  21. Smirnov N.N., Azatyan V.V., Nikitin V.F. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 49. Part B2. P. 1315. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.11.085.
  22. Smirnov N.N., Nikitin V.F., Mikhalchenko E.V. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 49. Part B2. P. 495. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.08.184
  23. Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2025. Т. 44. № 4. С. 79.
  24. CHEMKIN-Pro 15112. Reaction Design. San Diego, CK-TUT-10112-1112-UG-1, 2011.
  25. Alekseev V. PhD. Theses. Lund, Sweden: Lunds Univ., 2015.
  26. Lutz A.E., Kee R.J., Miller J.A. Sandia National Laboratories. Livermore, CA, SAND 87-8248, 1998.
  27. Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2024. Т. 43. № 7. C. 73.
  28. Kee R.J., Grcar J.F., Smooke M.D., Miller J.A. Sandia National Laboratories. Livermore, CA, SAND85-8240, 1985.
  29. Kwon O.C., Faeth G.M. // Combust. and Flame. 2001. V. 124. P. 590. https://doi.org/10.1016/S0010-2180(00)00229-7
  30. Бунев В.А., Панфилов В.Н., Бабкин В.С. // Физика горения и взрыва. 2007. Т. 43. № 2. С. 3
  31. Коробейничев О.П., Шварцберг В.М., Ильин С.Б. // Физика горения и взрыва. 1999. Т. 35. № 3. С. 29.
  32. Азатян В.В. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 3. С. 291.
  33. Medvedev S., Agafonov G., Khomik S. // Acta Astronautica. 2016. V. 126. P. 150. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.04.019

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Профили концентраций и температуры (а) и анализ чувствительности температуры к реакциям, определяющим тепловыделение в ламинарном пламени (б), рассчитанные по ДКМ из работы [19] для H2 в воздухе (ϕ = 1) при стандартных начальных условиях. Концентрации H умножены на 5, O и OH – на 10, HO2 – на 500, H2O2 – на 5000.

Скачать (2MB)
Метаданные
3. Рис. 2. То же, что и на рис. 1, с использованием ДКМ из работы [14]. Концентрации H умножены на 5, O и OH – на 10, HO2 – на 500, H2O2 – на 2000.

Скачать (2MB)
Метаданные
4. Рис. 3. То же, что и на рис. 2, с использованием ДКМ из работы [17]. Повышающие коэффициенты те же.

Скачать (3MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Градиент [H2], рассчитанный по ДКМ из работ [14, 17, 19].

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025