Влияние микрокапель воды на развитие неустойчивости фронта горения обедненной водородно-воздушной смеси в канале

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В работе с использованием методов численного моделирования рассматривается процесс горения газовой смеси водорода с воздухом в канале с подачей свежей смеси с примесью микрокапель воды. Динамика микрокапель описывается в лагранжевом приближении, что позволяет выявить роль локального взаимодействия капель с поверхностью фронта пламени. Показано, что локальное воздействие капель на фронт пламени может провоцировать генерацию возмущений фронта и интенсифицировать развитие неустойчивости, тем самым обеспечивая интегральный рост скорости горения. С использованием спектрального анализа пространственной структуры фронта пламени в присутствии микрокапель проведен анализ динамики развития отдельных гармоник возмущений фронта и выявлены закономерности его эволюции при воздействии микрокапель воды.

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

Список литературы

  1. Thomas G.O., Jones A., Edwards M.J. // Combust. Sci. Technol. 1991. V. 80. Issue 1–3. P. 47. https://doi.org/10.1080/00102209108951776
  2. Thomas G.O., Edwards M.J., Edwards D.H. // Combust. Sci. Technol. 1990. V. 71. Issue 4–6. P. 233. https://doi.org/10.1080/00102209008951634
  3. van Wingerden K., Wilkins B., Bakken J., Pedersen G. // J. Loss. Prev. Process. Ind. 1995. V. 8. Issue 2. P. 61. https://doi.org/10.1016/0950-4230(95)00007-N
  4. Boeck L., Kink A., Oezdin D., Hasslberger J., Sattelmayer T. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2015. V. 40. Issue 21. P. 6995. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.03.129
  5. Tsai S.S., Liparulo N.J. Fog inerting criteria for hydrogen/air mixtures, Tech. Rep. CONF-821026e. Palo Alto, CA, USA: Electric Power Research Inst. 1982.
  6. Медведев С.П., Гельфанд Б.Е., Поленов А.Н., Хомик С.В. // Физика горения и взрыва. 2002. Т. 38. № 4. С. 381. https://doi.org/10.1023/A:1016277028276
  7. Gieras M. // J. Loss. Prev. Process. Ind. 2008. V. 21. Issue 4. P. 472. https://doi.org/10.1016/j.jlp.2008.03.004
  8. Zhang P., Zhou Y., Cao X., Gao X., Bi M. // J. Loss. Prev. Process. Ind. 2014. V. 29. Issue 1. P. 313. https://doi.org/10.1016/j.jlp.2014.03.014
  9. van Wingerden K., Wilkins B. // J. Loss. Prev. Process. Ind. 1995. V. 8. Issue 2. P. 53. https://doi.org/10.1016/0950-4230(95)00002-I
  10. Thomas G.O., Brenton J.R. An investigation of factors of relevance during explosion suppression by water sprays. Tech. Rep. OTH 94 463. London, UK: The University College of Wales, 1996.
  11. Бетев А.С., Киверин А.Д., Медведев С.П., Яковенко И.С. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 12. С. 17. https://doi.org/10.1134/S1990793120060160
  12. Nicoli C., Haldenwang P., Denet B. // Combust. Sci. Technol. 2019. V. 191. Issue 2. P. 197. https://doi.org/10.1080/00102202.2018.1453728.
  13. Nicoli C., Haldenwang P., Denet B. // Combust. Theor. Model. 2017. V. 21. Issue 4. P. 630. https://doi.org/10.1080/13647830.2017.1279756
  14. Matalon M. // Annu. Rev. Fluid Mech. 2007. V. 39. Issue 1. P. 163. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.38.050304. 092153.
  15. Yakovenko I.S., Kiverin A.D. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. Issue 1. P. 1259. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.09.234
  16. Яковенко И.С., Медведков И.С., Киверин А.Д. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 85. https://doi.org/10.1134/S1990793122020142
  17. Sheppard D.T. Spray Characteristics of Fire Sprinklers, NIST GCR 02-838. Gaithersburg, MD, USA: National Institute of Standards and Technology, 2002.
  18. Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 8. С. 66. https://doi.org/10.1134/S1990793122040297
  19. Rehm R.G., Baum H.R. // J. Res. Natl. Bur. Stand. 1978. V. 83. Issue 3. P. 297. https://doi.org/10.6028/jres.083.019
  20. McGrattan K., McDermott R., Hostikka S. et al. Fire Dynamics Simulator Technical Reference Guide Volume 1: Mathematical Model, Tech. Rep. NIST Special Publication 1018-1. Gaithersburg, MD, USA: U.S. Department of Commerce, National Institute of Standards and Technology, 2019. https://doi.org/10.6028/NIST.SP.1018
  21. Crowe C.T., Schwarzkopf J.D., Sommerfeld M., Tsuji Y. Multiphase flows with droplets and particles. 2nd ed. Boca Raton: CRC Press, 2012.
  22. Cheremisinoff N.P. Gas-liquid flows. Encyclopedia of fluid mechanics. 1st ed., vol. 3. Houston: Gulf Publishing, 1986.
  23. Keromnes A., Metcalfe W.K., Heufer K.A. et.al. // Combust. and Flame. 2013. V. 160. Issue 6. P. 995. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2013.01.001
  24. NRG computational package for reactive flows modeling. https://github.com/yakovenko-ivan/NRG
  25. Тереза А. М., Агафонов Г. Л., Андержанов Э. К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 8. С. 68. https://doi.org/10.1134/S1990793123040309
  26. Тереза А. М., Агафонов Г. Л., Андержанов Э. К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 3. С. 70. https://doi.org/10.1134/S1990793123020173
  27. Fursenko R.V., Pan K.L., Minaev S.S. // Phys. Rev. E. 2008. V 78. 056301. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.78.056301
  28. Creta F., Fogla N., Matalon M. // Combust. Theor. Model. 2011. V. 15. Issue 2. P. 267. https://doi.org/10.1080/13647830.2010.538722

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Постановка задачи о распространении пламени в открытом канале с подачей свежей смеси с примесью взвешенных микрокапель воды: штриховая линия – начальное возмущение, штрих-пунктирная – ось симметрии.

Скачать (11KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дисперсионная кривая неустойчивости фронта пламени смеси 15% водорода с воздухом.

Скачать (10KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Динамика развития структуры фронта пламени в чистой газовой смеси 15% водорода с воздухом и в присутствии микрокапель воды: а – горение без капель воды; б – горение с подачей капель воды в зону горения при hd = 2 мм, 3 мм (в) и 4 мм (г). Сплошные черные линии – изолинии температуры T = 1000 К, штриховые красные линии – начальное возмущение, штрихпунктирные черные линии – траектории микрокапель. Время между отдельными изолиниями Δt = 1 мс.

Скачать (63KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Временны́е зависимости амплитуды гармоник фронта пламени An(t) для начального возмущения n = 1 (а) и гармоники с длиной волны, равной ширине канала n = 1 (б). Сплошные черные линии – чистая газовая смесь без капель, штрих-пунктирные зеленые линии – hd = 4 мм, сплошные красные линии – hd = 3 мм, штриховые синие линии – hd = 2 мм.

Скачать (31KB)
Метаданные
6. Рис. 5. а – Зависимость значений периметра фронта пламени, Pf, нормированного на ширину канала, от времени. б – Временна́я ависимость скорости средней координаты фронта пламени в лабораторной системе отсчета, ufL, нормированная на величину нормальной скорости горения Sb. Обозначения те же, что и для рис. 4.

Скачать (38KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024