Two-dimensional model of combustion of methane-air mixture in a slit burner

Issue number 4 from 15.04.2025

Предложена двумерная модель горения перемешанной смеси метана с воздухом внутри плоскопараллельного канала щелевой горелки, состоящей из набора параллельных металлических пластин, изготовленных из жаростойкого материала. Задача описывается системой уравнений, представляющих законы сохранения энергии в газе и твердой фазе, массы и элементного состава газовой фазы с учетом протекания сложной химической реакции, теплообмена между газом и поверхностью пластин, теплового излучения нагретых пластин, теплопроводности в пластинах, молекулярного и конвективного тепло- и массопереноса в газе. Расчеты с использованием предложенной модели дают вполне адекватное представление о процессе горения в канале щелевой горелки. Получено количественное согласие с экспериментом по максимальному значению удельной мощности горения, которое может превышать 500 Вт/см². При увеличении скорости газового потока (удельной мощности горения) зона химической реакции перемещается вдоль оси канала в сторону выхода, при этом фронт пламени с вершиной на оси симметрии канала сильнее вытягивается вдоль пластины. В стехиометрической смеси фронт пламени сдвигается ближе к входу в канал, а концентрация монооксида углерода в продуктах горения на выходе из канала значительно выше, чем в бедной смеси. При увеличении скорости газовой смеси на входе в канал концентрация CO на выходе из канала растет, хотя и остается небольшой. Полученные результаты качественно соответствуют экспериментальным результатам исследования горения метавоздушной смеси в канале щелевой горелки.

61 0

Model of Convective Burning of Granular Mixtures Used in SHS

Issue number 8 from 01.08.2023

Недавние публикации по горению гранулированной шихты, предназначенной для синтеза композиций на основе карбида титана, выявили значительные изменения характеристик и скорости горения при спутном потоке инертного газа. Авторы исследований связали эти изменения с конвективным режимом горения. В данной работе приведена теоретическая модель, которая позволяет анализировать вклад конвективной передачи тепла при горении гранулированной шихты в спутном потоке газа в процессах самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Показано, что в зависимости от расхода горячего газа, продуваемого сквозь гранулированный образец, возможны три режима горения. При отсутствии или небольшом расходе газа (на уровне 1 кг/м² · с и ниже) роль конвекции незначительна, а фронт горения в основном плоский. При умеренных расходах (на уровне 10 кг/м² · с) влияние конвекции становится заметным, скорость горения возрастает вдвое, а фронт горения уже не является плоским, поскольку поверхностные слои гранул разогреваются быстрее, чем слои в центре. Наконец, при высоких расходах (на уровне 50 кг/м² · с) вклад конвекции становится преобладающим, скорость горения превышает базовую (в отсутствие обдува газом) более чем на порядок величины и происходит значительная перестройка структуры волны горения.

50 0

Features of the inhibition of hydrogen–air mixtures by propylene additive

Issue number 8 from 15.08.2024

Небольшие добавки углеводородов, таких как пропилен, широко исследуемые в качестве ингибиторов горения и взрыва водородно-воздушных смесей, иногда проявляют весьма специфические свойства. Известен механизм ингибирующего действия этих добавок, связанный с интенсификацией обрыва цепей разветвления за счет присоединения атомов водорода; но также известны условия, в которых эти соединения вместо ингибирования оказывают нейтральное и даже промотирующее действие. Такие условия, как и причины, приводящие к тому, что ингибирование практически отсутствует, до сих пор не исследовались. В данной статье рассмотрены результаты численного моделирования, которые позволяют более полно очертить область условий, в которых добавка пропилена практически не ингибирует водородновоздушные смеси, и наметить возможные причины этого эффекта. Представлено решение трех модельных задач: самовоспламенение в реакторе постоянного объема, распространение ламинарного пламени и зажигание газа нагретой проволокой. Расчеты проводились с использованием детального кинетического механизма химических реакций NUIGMech 1.1 (2020). Объектами исследования были три воздушные смеси, содержащие водород в количестве 15, 29.6 и 50 об.% (бедная, стехиометрическая и богатая смесь соответственно) без добавок и с добавкой 1% пропилена.

47 0

Kinetic analysis of the effect of propylene additive on ignition and combustion of hydrogen-air mixtures

Issue number 8 from 15.08.2025

Приведены результаты кинетического анализа с учетом скоростей химических реакций и выделения тепла при решении задач о самовоспламенении и ламинарном горении водородно-воздушных реакций с 1%-ной добавкой пропилена. Решение получено с помощью компьютерного моделирования. Показано, что добавка пропилена к водородно-воздушным смесям существенно замедляет протекание химических реакций за счет рекомбинации атомарного водорода при самовоспламенении во всем диапазоне начальных температур от 800 до 1400 К, а также при распространении волн ламинарного горения в богатых и стехиометрической смесях. Однако пропилен – горючее вещество, и в ходе его разложения и окисления выделяется тепло, которое увеличивает темп роста температуры. Как следствие, в определенных условиях, в частности при начальной температуре 800 К, на фоне пониженных скоростей химических реакций окисления водорода, а также в случае бедных смесей добавка пропилена приводит не к росту, а к уменьшению задержки воспламенения, и к значительному увеличению температуры и скорости распространения волны горения. Получены дополнительные данные о важной роли, которую играют в ламинарных пламенах водородно-воздушных смесей реакции с участием радикала HO₂: реакция разветвления HO₂+H→ OH+OH и тримолекулярная реакция H+O₂(+M) → HO₂(+M), а также максимальная концентрация радикала HO₂. Эти реакции идут с высокими скоростями в области низких температур, благодаря участию атомарного водорода, диффундирующего из высокотемпературной области пламени, и обеспечивают заметный вклад в выделение тепла. Максимум концентрации радикала HO₂ достигается при температуре, которая предположительно отвечает «ведущей зоне» горения. При добавке пропилена изменение максимальной концентрации радикала коррелирует с изменением скорости нормального горения.

53 0