STUDY OF THE NORMAL SPEED OF FLAME PROPAGATION OF A METHANE-AIR MIXTURE ENRICHED WITH HYDROGEN AND DILUTED WITH WATER VAPOR

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The results of an experimental study of the normal flame propagation speed of a hydrogen-enriched and/or water vapor-diluted methane-air mixture at atmospheric pressure and initial mixture temperatures of 300 and 330 K are presented in this paper. The normal flame propagation speed was determined by the zero heat flow method (Heat Flux). The obtained experimental data were compared with the results of numerical simulation of adiabatic premixed laminar flames, which was carried out using three kinetic mechanisms of the methane-hydrogen fuels oxidation. The flame speed increased proportionally up to 35% when the methane was enriched with hydrogen up to 35% by volume. With increasing vapor concentration, a linear decrease in the flame speed of the methane-air mixture was observed. This decrease does not depend on the degree of hydrogen enrichment. Recommendations are proposed for the use of kinetic mechanisms to simulate the flame of a methane-air mixture when it is enriched with hydrogen and diluted with water vapor.

About the authors

D. V. Idrisov

Samara National Research University

Author for correspondence.
Email: idrisov57@yandex.ru
Moskovskoe shosse, 34, Samara, 443086, Russian Federation

S. S. Matveev

Samara National Research University

Email: idrisov57@yandex.ru
Moskovskoe shosse, 34, Samara, 443086, Russian Federation

S. G. Matveev

Samara National Research University

Email: idrisov57@yandex.ru
Moskovskoe shosse, 34, Samara, 443086, Russian Federation

N. I. Gurakov

Samara National Research University

Email: idrisov57@yandex.ru
Moskovskoe shosse, 34, Samara, 443086, Russian Federation

A. D. Popov

Samara National Research University

Email: idrisov57@yandex.ru
Moskovskoe shosse, 34, Samara, 443086, Russian Federation

A. A. Litarova

Samara National Research University

Email: idrisov57@yandex.ru
Moskovskoe shosse, 34, Samara, 443086, Russian Federation

References

  1. Liu, Y., Sun, X., Sethi, V., Nalianda, D., Li, Y-Gi. and Wang, L. (2017) “Review of modern low emissions combustion technologies for aero gas turbine engines”, Progress in Aerospace Sciences, V. 94, P. 12-45, https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2017.08.001.
  2. Biryuk, V.V., Lukachev, S.V., Uglanov, D.A. and Tsybizov, Yu.I. (2021), Gas in engines, Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev, Samara, ISBN 978-5-7883-1626-0, EDN WSISAB. (in Russian).
  3. Öberg, S., Odenberger, M. and Johnsson, F. (2022), “Exploring the competitiveness of hydrogen-fueled gas turbines in future energy systems”, International Journal of Hydrogen Energy, V. 47, no. 1, P. 624-644. doi: 10.1016/j.ijhydene.2021.10.035.
  4. Cong, T. L. and Dagaut, P. (2009), Experimental and Detailed Modeling Study of the Effect of Water Vapor on the Kinetics of Combustion of Hydrogen and Natural Gas, Impact on NOx, Energy&Fuels, 23(2), pp.725-734.
  5. Boushaki, T., Dhue, Y., Selle, L., Ferret, B and Poinsot, T. (2012), “Effects of hydrogen and steam addition on laminar burning velocity of methane air premixed flame: experimental and numerical analysis”, International Journal of Hydrogen Energy, V. 37, pp. 9412-9422, doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.03.037
  6. Coppens, F.H.V., De Ruyck, J. and Konnov, A.A. (2007), “The Effects of Composition on the Burning Velocity and Nitric Oxide Formation in Laminar Premixed Flames of CH4 + H2 + O2 + N2”, Combustion and Flame, V. 149, no. 4., pp. 409-417, doi: 10.1016/j.combustflame.2007.02.004.
  7. Christensen, M., Alekseev, V.A., Nilsson, E.J.K. and Konnov, A.A. (2013), “Effects of hydrogen enrichment and steam dilution on methane-air flames”, Proceedings of the European Combustion Meeting 2013 ,June, 25-28, Lund, Sweden, V. P1-70, P. 1-6.
  8. Zubrilin, I.A., Matveev, S.S., Matveev, S.G. and Idrisov, D.V. (2018), “Measurements and Experimental Database Review for Laminar Flame Speed Premixed CH4/Air Flames”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, September, 28-30, Samara, Russian Federation, V. 302, no. 012078, doi: 10.1088/1757-899X/302/1/012078.
  9. Matveev, S.S., Idrisov, D.V., Matveev, S.G. and Konnov, A.A. (2019), “Laminar burning velocities of surrogate components blended with ethanol”, Combustion and Flame, V. 209, pp. 389-393, doi: 10.1016/j.combustflame.2019.08.010.
  10. ANSYS Chemkin-Pro Theory Manual 18.2. (2017) San Diego: Reaction Design, 76 p.
  11. Wu, Y., Panigrahy, S., Sahu, A.B., Barik,i C., Liang, J., Mohamed, A., et al. (2021), “Understanding the antagonistic effect of methanol as a component in surrogate fuel models: A case study of methanol/n-heptane mixtures”, Combustion and Flame, V. 226, pp. 229-242, doi: 10.1016/j.combustflame.2020.12.006.
  12. Wang, T., Zhang, X., Zhang, J. and Hou, X. (2018), “Automatic generation of a kinetic skeletal mechanism for methane-hydrogen blends with nitrogen chemistry”, International Journal of Hydrogen Energy, V. 43, no. 6, pp. 3330-3341. doi: 10.1016/j.ijhydene.2017.12.116.
  13. Alekseev, V.A., Bystrov, N., Emelianov, A., Eremin, A., Yatsenko, P. and Konnov, A.A.(2022), “High-temperature oxidation of acetylene by N2O at high Ar dilution conditions and in laminar premixed C2H2 + O2 + N2 flames”, Combustion and Flame, V. 238, no. 111924, pp. 1-16, doi: 10.1016/j.combustflame.2021.111924.
  14. Kozlov, V.E., Starik, A.M., Titova, N.S. and Vedishchev, I.Yu. (2013), “On the mechanisms of formation of environmentally hazardous compounds in homogeneous combustion chambers”, Physics of Combustion and Explosion, Vol. 49, No.5, pp. 17-33. (in Russian).
  15. Vladimirov, A.V., Sverdlov, E.D. and Dubovitsky, A.N.(2022), “New technologies for reducing harmful emissions and CO2 in combustion products of gas turbine engines and gas turbine engines by mixing and gradual transition to hydrogen fuel”, Aircraft engines, No.2, pp. 83-103. (in Russian).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Idrisov D.V., Matveev S.S., Matveev S.G., Gurakov N.I., Popov A.D., Litarova A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».