Отправить статью по E-mail Влияние выбора кинетического механизма на динамику роста давления при численном моделировании воспламенения и сгорания водородно-воздушных смесей
- Авторы: Тереза А.М.1, Агафонов Г.Л.1, Андержанов Э.К.1, Бетев А.С.1, Медведев С.П.1, Хомик С.В.1, Черепанова Т.Т.1
-
Учреждения:
- Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
- Выпуск: Том 17, № 3 (2024)
- Страницы: 3-11
- Раздел: Статьи
- URL: https://bakhtiniada.ru/2305-9117/article/view/277475
- DOI: https://doi.org/10.30826/CE24170301
- EDN: https://elibrary.ru/SMJXGW
- ID: 277475
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
Проведено численное моделирование задержек воспламенения и роста давления в процессе самовоспламенения бедной (6% Н2), стехиометрической (29,6% Н2) и богатой (75% Н2) водородно-воздушных смесей при начальных давлениях 1 и 6 атм. в диапазоне начальных температур 850–1700 К. Установлено, что для бедных и богатых смесей рост давления практически не зависит от выбора детального кинетического механизма (ДКМ). В то же время для стехиометрической смеси такая зависимость наблюдается. Выход продуктов горения на параметры термодинамического равновесия (ТР) во временном масштабе задержки воспламенения замедляется с ростом начальной температуры и ускоряется при повышении давления. Для стехиометрической смеси ТР достигается быстрее, чем для бедной и богатой. Показано, что динамика роста давления, определяемая химической кинетикой после индукционного периода самовоспламенения, может быть разной в зависимости от ДКМ и не зависит от задержки воспламенения. Данный факт может иметь существенное значение при относительно высоких температурах.
Полный текст
Об авторах
Анатолий Михайлович Тереза
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: tereza@chph.ras.ru
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
Россия, МоскваГеннадий Леонидович Агафонов
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Email: gennady_1@mail.ru
старший научный сотрудник
Россия, МоскваЭнэс Камильевич Андержанов
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Email: enes@inbox.ru
кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник
Россия, МоскваАндрей Сергеевич Бетев
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Email: asbetev@gmail.com
младший научный сотрудник
Россия, МоскваСергей Павлович Медведев
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Email: s_p_medvedev@chph.ras.ru
кандидат физико-математических наук, главный научный сотрудник
Россия, МоскваСергей Викторович Хомик
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Email: sergei.khomik@gmail.com
Candidate of Sciences in Technology, Leading Researcher
Россия, МоскваТахмина Тахировна Черепанова
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Email: tatkanor@gmail.com
младший научный сотрудник
Россия, МоскваСписок литературы
- Sanchez A. L., Williams F. A. Recent advances in understanding of flammability characteristics of hydrogen // Prog. Energ. Combust., 2014. Vol. 41. P. 1–55. doi: 10.1016/j.pecs.2013.10.002.
- Grune J., Sempert K., Haberstroh H., Kuznetsov M., Jordan T. Experimental investigation of hydrogen–air deflagrations and detonations in semi-confined flat layers // J. Loss Prevent. Proc., 2013. Vol. 26. P. 317–323. doi: 10.1016/j.jlp.2011.09.008.
- Домашенко А. М., Степанов А. В. Взрывопожароопасность при создании и эксплуатации промышленных систем получения, хранения и транспортирования жидкого водорода. Методы обеспечения защиты // Вести газовой науки, 2022. № 2(51). С. 211–220.
- Семёнов Н. Н. Цепные реакции. — М.: Госхимтехиздат, 1934. 562 c.
- Dryer F. L., Chaos M. Ignition of syngas/air and hydrogen/air mixtures at low temperatures and high pressures: Experimental data interpretation and kinetic modeling implications // Combust. Flame, 2008. Vol. 152. P. 293–299. doi: 10.1016/j.combustflame.2007.08.005.
- Shimizu K., Hibi A., Koshi M. Updated kinetic mechanism for high-pressure hydrogen combustion // J. Propul. Power, 2011. Vol. 27. No. 2. P. 383–395. doi: 10.2514/1.48553.
- Mathieu O., Levacque A., Petersen E. L. Effects of N2O addition on the ignition of H –O2 mixtures: Experimental and detailed kinetic modeling study // Int. J. Hydrogen Energ., 2012. Vol. 37. P. 15393. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.07.071.
- Keromnes A., Metcalfe W. K., Heufer K. A., et al. An experimental and detailed chemical kinetic modeling study of hydrogen and syngas mixture oxidation at elevated pressures // Combust. Flame, 2013. Vol. 160. P. 995–1011. doi: 10.1016/j.combustflame.2013.01.001.
- Hashemi H., Christensen J. M., Gersen S., Glarborg P. Hydrogen oxidation at high pressure and intermediate temperatures: Experiments and kinetic modeling // P. Combust. Inst., 2015. Vol. 35. P. 553–560. doi: 10.1016/j.proci.2014.05.101.
- Alekseev V. A., Christensen M., Konnov A. A. The effect of temperature on the adiabatic burning velocities of diluted hydrogen flames: A kinetic study using an updated mechanism // Combust. Flame, 2015. Vol. 162. P. 1884–1898. doi: 10.1016/j.combustflame.2014.12.009.
- Власов П. А., Смирнов В. Н., Тереза А. М. Реакции инициирования самовоспламенения смесей Н –О в ударных волнах // Хим. физика, 2016. Т. 35. № 6. С. 35–48.
- Hu E., Pan L., Gao Z., Lu X., Meng X., Huang Z. Shock tube study on ignition delay of hydrogen and evaluation of various kinetic models // Int. J. Hydrogen Energ., 2016. Vol. 41. No. 30. P. 13261–13280. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.05.118.
- Konnov A. A. Yet another kinetic mechanism for hydrogen combustion // Combust. Flame, 2019. Vol. 203. P. 14–22. doi: 10.1016/j.combustflame.2019.01.032. Zhang Y., Fu J., Xie M., Liu J. Improvement of H /O chemical kinetic mechanism for high pressure combustion // Int. J. Hydrogen Energ., 2021. Vol. 46. No. 7. P. 5799–5811. doi: 10.1016/j.ijhydene.2020.11.083.
- Jin S., Shu B., He X., Fernandes R., Li L. A study on autoignition characteristics of H –O mixtures with diluents of Ar/N in rapid compression machine for argon power cycle engines // Fuel, 2021. Vol. 303. P. 121291. doi: 10.1016/j.fuel.2021.121291.
- Hong Z., Davidson D. F., Hanson R. K. An improved H2/O2 mechanism based on recent shock tube/laser absorption measurements // Combust. Flame, 2011. Vol. 158. P. 633–644. doi: 10.1016/j.combustflame.2010.10.002.
- Schonborn A., Sayad P., Konnov A. A., Klingmann J. OH*-chemiluminescence during autoignition of hydrogen with air in a pressurised turbulent flow reactor // Int. J. Hydrogen Energ., 2014. Vol. 39. No. 23. P. 12166–12181. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.05.157.
- Tingas E.-Al., Kyritsis D. C., Goussis D. A. H2–air autoignition dynamics around the third explosion limit // J. Energ. Eng., 2019. Vol. 145. No. 1. P. 04018074. doi: 10.1061/(ASCE)EY.1943-7897.0000588.
- Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. — М.: Наука, 1987. 502 с.
- Брякина У. Ф., Губин С. А., Тереза А. М., Шаргатов В. А. Определение границы применимости модели химически равновесной смеси к продуктам детонации газовых смесей // Хим. физика, 2010. Т. 29. № 12. С. 24–31.
- Кузнецов Н. М. Кинетика мономолекулярных реакций. — М.: Наука, 1982. 224 с.
- CHEMKIN-Pro 15112 Reaction Design. — San Diego, CA, USA, 2011. CK-TUT-10112-1112-UG-1.
- Тереза А. М., Агафонов Г. Л., Андержанов Э. А., Медведев С. П., Хомик С. В. Особенности численного моделирования воспламенения бедных водородно-воздушных смесей // Горение и взрыв, 2021. Т. 14. № 4. C. 4–13.
- Konnov A. A. On the role of excited species in hydrogen combustion // Combust. Flame, 2015. Vol. 162. P. 3755–3772. doi: 10.1016/j.combustflame.2015.07.014.
- Krivosheyev P., Kisel Y., Skilandz A., Sevrouk K., Penyazkov O., Tereza A. Ignition delay of lean hydrogen–air mixtures // Int. J. Hydrogen Energ., 2024. Vol. 66. P. 81–89. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.03.363.
- Тереза А. М., Агафонов Г. Л., Андержанов Э. К., Бетев А. С., Медведев С. П., Хомик С. В. Численное моделирование характеристик самовоспламенения бедных смесей Н –воздух // Хим. физика, 2022. Т. 41. № 8. С. 66–73.
- Трое Ю., Вагнер Х., Шотт Г., Геттингер Р., Пейдж Ф., Клайн М. Физическая химия быстрых реакций / Под ред. Б. Ф. Левитта; пер. c англ. Е. В. Мозжухина, Ю. П. Петрова. — М.: Мир, 1976. 396 с. (True J., Wagner H. Gg., Schott G. L., Getzinger R. W., Page F. M., Clyne M. A. A. Physical chemistry of fast reaction / Ed. B. P. Levitt. — London: Plenum, 1973.)
Дополнительные файлы
