Переход горения в детонацию в воздушных смесях этиленоводородного горючего

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Предложенный ранее экспериментальный способ оценки детонационной способности (ДС) топливно-воздушных смесей (ТВС), основанный на измерении расстояния и времени перехода горения в детонацию (ПГД) в эталонной импульсно-детонационной трубе (ЭДТ), использован для исследования ПГД в ТВС на основе этиленоводородного горючего с объемной долей водорода от 0 до 1 в одинаковых термодинамических и газодинамических условиях. На основе известных данных по горению и самовоспламенению такого горючего ожидалось, что с ростом объемной доли водорода расстояние и время ПГД должны монотонно уменьшаться, а соответствующие зависимости должны быть близки к линейным. Вопреки ожиданиям, полученные зависимости оказались нелинейными. Анализ результатов позволяет утверждать, что наблюдаемые зависимости — это проявление физико-химических свойств исследуемых ТВС. Изменение конструкции секции ускорения пламени в детонационной трубе в целом не влияет на характер полученных зависимостей: они остаются нелинейными.

Об авторах

И. О. Шамшин

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: igor_shamshin@mail.ru

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Россия

М. В. Казаченко

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

Email: maksx71997@gmail.com

младший научный сотрудник

Россия

С. М. Фролов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук; Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова Российской академии наук

Email: smfrol@chph.ras.ru

доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой, заведующий лабораторией; заведующий лабораторией

Россия

В. Я. Басевич

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

Email: basevichv@yandex.ru

доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник

Россия

Список литературы

  1. Шамшин И. О., Казаченко М. В., Фролов С. М., Басевич В. Я. Переход горения в детонацию в воздушных смесях метановодородного горючего // Горение и взрыв, 2020. Т. 13. № 3. С. 60–75. doi: 10.30826/CE20130306.
  2. Шамшин И. О., Казаченко М. В., Фролов С. М., Ба- севич В. Я. Переход горения в детонацию в воздушных смесях пропановодородного горючего // Горение и взрыв, 2021. Т. 14. № 2. С. 8–25. doi: 10.30826/CE21140202.
  3. Соколик А. С., Щёлкин К. И. Распространение пламени в смесях метана с кислородом в закрытых трубах // Ж. физ. химии, 1933. Т. 4. № 1. С. 109–128.
  4. Соколик А. С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. — М.: Изд-во АН СССР, 1960. 422 с.
  5. Lee J. H. S. The detonation phenomenon. — New York, NY, USA: The Cambridge University Press, 2008. 400 p.
  6. Фролов С. М., Гельфанд Б. Е. О предельном диаметре распространения газовой детонации в трубах // Докл. АН СССР, 1990. Т. 312. №5. С. 1177–1180.
  7. Фролов С. М., Шамшин И. О., Аксёнов В. С., Казаченко М. В., Гусев П. А. Ранжирование газовых топливновоздушных смесей по их детонационной способности с помощью эталонной импульсно-детонационной трубы // Горение и взрыв, 2019. Т. 12. № 3. С. 78– 90. doi: 10.30826/CE19120309.
  8. Frolov S. M., Zvegintsev V. I., Aksenov V. S., Bilera I. V., Kazachenko M. V., Shamshin I. O., Gusev P. A., Belotserkovskaya M. S. Detonability of fuel–air mixtures // Shock Waves, 2020. Vol. 30. P. 721–739. doi: 10.1007/s00193020-00966-9.
  9. Egolfopoulos F. N., Zhu D. L., Law C. K. Experimental and numerical determination of laminar flame speeds: Mixtures of C2 -hydrocarbons with oxygen and nitrogen // Proc. Symposium (International) on Combustion, 1990. Vol. 23. P. 471–478.
  10. Hassan M. I., Aung K. T., Kwon O. C., Faeth G. M. Properties of laminar premixed hydrocarbon/air flames at various pressures // J. Propul. Power, 1998. Vol. 14. P. 479–488.
  11. Hirasawa T., Sung C. J., Joshi A., Yang Z., Wang H., Law C. K. Determination of laminar flame speeds using digital particle image velocimetry: Binary fuel blends of ethylene, n-butane, and toluene // P. Combust. Inst., 2002. Vol. 29. P. 1427–1433.
  12. Jomaas G., Zheng X. L., Zhu D. L., Law C. K. Experimental determination of counterflow ignition temperatures and laminar flame speeds of C2–C3 hydrocarbons at atmospheric and elevated pressures // P. Combust. Inst., 2005. Vol. 30. P. 193–200.
  13. Kumar K., Mittal G., Sung C. J., Law C. K. An experimental investigation of ethylene/O2 /diluent mixtures: Laminar flame speeds with preheat and ignition delays at high pressures // Combust. Flame, 2008. Vol. 153. P. 343–354.
  14. Liu W., Kelley A. P., Law C. K. Flame propagation and counterflow nonpremixed ignition of mixtures of methane and ethylene // Combust. Flame, 2010. Vol. 157. P. 1027–1036.
  15. Ranzi E., Frassoldati A., Grana R., Cuoci A., Faravelli T., Kelley A. P., Law C. K. Hierarchical and comparative kinetic modeling of laminar flame speeds of hydrocarbon and oxygenated fuels // Prog. Energ. Combust., 2012. Vol. 38. P. 468–501. doi: 10.1016/j.pecs.2012.03.004.
  16. Dowdy D. R., Smith D. B., Taylor S. C., Williams A. The use of expanding spherical flames to determine burning velocities and stretch effects in hydrogen/air mixtures // 23th Symposium (International) on Combustion Proceedings. — Pittsburgh, PA, USA: The Combustion Institute, 1991. Vol. 23. No. 1. P. 325–332. doi: 10.1016/S00820784(06)80275-4.
  17. Kwon O. C., Tseng L.-K., Faeth G. M. Laminar burning velocities and transition to unstable flames in H2 /O2 /N2 and C3H8/O2/N2 mixtures // Combust. Flame, 1992. Vol. 90. No. 3-4. P. 230–246 doi: 10.1016/0010-2180(92)90085-4.
  18. Tse S. D., Zhu D. L., Law C. K. Morphology and burning rates of expanding spherical flames in H2/O2/inert mixtures up to 60 atmospheres // P. Combust. Inst., 2000. Vol. 28. No. 2. P. 1793–1800. doi: 10.1016/S00820784(00)80581-0.
  19. Wu F., Kelley A. P., Zhu D. L., Law C. K. Further study on effects of hydrogen addition on laminar flame speeds of fuel–air mixtures // 7th U.S. National Combustion Meeting Proceedings. — Atlanta, GA, USA, 2011. P. 1336–1353.
  20. Liu B., He G.-Q., Qin F. Simulation of supersonic ethylene–hydrogen and air auto-ignition flame using skeletal mechanism // Acta Astronaut., 2018. Vol. 152. P. 521–533. doi: 10.1016/j.actaastro.2018.08.046.
  21. Schwer D. A., Kailasanath K. Towards an assessment of rotating detonation engines with fuel blends. AIAA Paper No. 2017-4942. doi: 10.2514/6.2017-4942.
  22. Roy G. D., Frolov S. M., Borisov A. A., Netzer D. W. Pulse detonation propulsion: Challenges, current status, and future perspective // Prog. Energ. Combust., 2004. Vol. 30. No. 6. P. 545–672. doi: 10.1016/j.pecs. 2004.05.001.
  23. George A. St., Driscoll R., Anand V., Munday D., Gutmark E. J. Fuel blending as a means to achieve initiation in a rotating detonation engine. AIAA Paper No. 20150633. doi: 10.2514/6.2015-0633.
  24. Sato T., Raman V. Detonation structure in ethylene/air based non-premixed rotating detonation engine. AIAA Paper No. 2019-2023. doi: 10.2514/6.2019-2023.
  25. Knisely A. M., Hoke J., Schumaker S. A. Experimental analysis of ethylene/hydrogen fuel blend detonations. AIAA Paper No. 2020-1170. doi: 10.2514/6.2020-1170.
  26. Meyer J. W., Urtiew P. A., Oppenheim A. K. On the inadequacy of gasdynamic processes for triggering the transition to detonation // Combust. Flame, 1970. Vol. 14. P. 13–20.
  27. Щелкин К. И. Быстрое горение и спиновая детонация газов. — М.: Воениздат, 1949.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).