Influence of the choice of kinetic mechanism on predicted structure of lean hydrogen–air flames

Issue number 4 from 15.04.2025

Посредством численного моделирования с помощью программного модуля CHEMKIN-Pro изучено влияние выбора детального кинетического механизма (ДКМ) на структуру ламинарного пламени для бедных водородно-воздушных смесей. Показано, что выбор ДКМ, различающихся константами скорости элементарных реакций, количеством каналов химических взаимодействий и присутствием дополнительных компонентов, практически не влияет на значение нормальной скорости распространения пламени и его структуру. Установлено, что по небольшим различиям в локальной чувствительности тепловыделения к элементарным реакциям можно получить достоверную информацию о возможных способах воздействия на распространение пламени.

69 0

Numerical Simulation of the Effect of Additives on Autoignition of Lean Hydrogen–Air Mixtures

Issue number 3 from 01.03.2023

Проведено численное моделирование влияния примесей атомов, молекул и радикалов на самовоспламенение бедных (14% H₂) и ультрабедных (6% H₂) смесей водорода с воздухом в диапазоне температур от 800 до 1700 K при давлениях 1 и 6 атм. Расчеты показывают, что добавление H, O, OH, HO₂ и H₂O₂ сокращает время задержки воспламенения – τ. Выявлены общие тенденции влияния примесей на самовоспламенение смесей в зависимости от температуры. Для каждой примеси наиболее сильное влияние обнаружено при температурах, близких к 900 и 1100 K, при давлениях 1 и 6 атм соответственно. Показано, что степени влияния примесей O и H практически одинаковы. Влияние примеси HO₂ на температурную зависимость задержки воспламенения значительно слабее по сравнению с другими примесями, но эта зависимость качественно совпадает с таковой для H₂O₂. Хотя степень сокращения задержки воспламенения и убывает для всех примесей по мере приближения к концам исследованного интервала температур, сохраняется заметное влияние радикала OH в высокотемпературной части и примесей HO₂ и H₂O₂ в низкотемпературной. Добавление до 1% воды не влияет на величину τ.

38 0

Structure of a Lean Laminar Hydrogen–Air Flame

Issue number 8 from 01.08.2023

Проведены численное моделирование структуры и расчеты скорости распространения ламинарного пламени, S_L, в бедной смеси водорода (12%) с воздухом при нормальных начальных условиях. Анализ профилей концентраций промежуточных продуктов показывает, что с ростом температуры происходит смена кинетического механизма, определяющего динамику тепловыделения. Таким образом, процесс тепловыделения в пламени состоит из двух этапов. В области максимального градиента температуры концентрации H₂O₂ и HO₂ достигают пиковых значений. Последующая убыль содержаний H₂O₂ и HO₂ сопровождается симбатным ростом концентраций H, O и OH. При изменении констант скоростей реакций, определяющих тепловыделение, изменяются скорость нарастания температуры и значение S_L. Последнее наиболее чувствительно к реакции молекулярного водорода с гидроксилом с образованием воды.

50 0

Effect of Impurities on Lean Laminar Hydrogen–air Flames

Issue number 12 from 01.12.2023

Проведено численное моделирование влияния примесей H, O, OH, HO₂ и H₂O₂ на структуру и скорость распространения ламинарных пламен в бедных (12% и 15% водорода) смесях водорода с воздухом при давлении 1 и 6 атм. Установлено, что при нормальных начальных условиях примеси в концентрации до 0.1% включительно не оказывают заметного влияния на нормальную скорость горения. При повышении начальной температуры до 400 К влияние примесей становится еще менее заметным. Из рассмотренных примесей только добавка OH снижает скорость ламинарного пламени. Слабое влияние примесей объясняется перераспределением атомов O и H через быстрые реакции в промежуточные продукты горения без заметного изменения скорости выделения тепла. Увеличение начального давления до 6 атм не меняет характер влияния примесей.

52 0

The role of third-body collision efficiency in autoignition of hydrogen–air mixtures

Issue number 7 from 15.07.2024

Проведено численное моделирование самовоспламенения бедных (6% H₂), стехиометрических и богатых (90% H₂) водородно-воздушных смесей с целью исследования влияния эффективности соударений с третьим телом (chaperon efficiency (CE)) на величину задержки воспламенения, τ. Диапазоны изменения начальной температуры в расчетах составили 850–1000 К для P₀ = 1 атм и 1000–1200 К для P₀ = 6 атм. С использованием детального кинетического механизма установлено, что наибольшая чувствительность τ к CE характерна для реакции H + O₂ + M = HO₂ + M, что может приводить к изменению τ в 2–3 раза. Рост давления или отклонение от стехиометрии уменьшает чувствительность. Иной характер и значительно меньшее влияние CE обнаружены для реакции OH + OH + M = H₂O₂ + M.

52 0

Erratum to: "Collision efficiency in autoignition of hydrogen–air mixtures" (Russian Journal of Physical Chemistry B: Focus on Physics. 2024. V. 43. № 7. P. 73–82; DOI: 10.31857/S0207401X24070071)

Issue number 8 from 15.08.2024

Замена редакцией заголовка на английском языке в метаданных на с. 81: Вместо “COLLISION EFFICIENCY IN AUTOIGNITION OF HYDROGEN–AIR MIXTURES” должно быть “THE ROLE OF THIRD-BODY COLLISION EFFICIENCY IN AUTOIGNITION OF HYDROGEN–AIR MIXTURES”.

41 0

Numerical simulation of laminar stoichiometric hydrogen–air flame structure

Issue number 8 from 15.08.2025

Проведены численное моделирование структуры и расчеты скорости распространения ламинарного пламени в стехиометрической смеси водорода с воздухом при нормальных начальных условиях. Представлен сравнительный анализ результатов, полученных с использованием трех детальных кинетических механизмов (ДКМ), различающихся как набором элементарных реакций и участвующих в них компонентов, так и значениями констант скорости. Установлено, что убывание концентрации H₂ имеет слабовыраженный двухстадийный характер. При наличии дополнительного канала инициирования, H₂+O₂=OH+OH, появляется выраженный второй максимум концентрации промежуточного продукта – H₂O₂. В отсутствие этого канала наблюдается двухстадийный рост концентрации OH. На основе анализа чувствительности тепловыделения к константам скорости реакций дано объяснение сложного поведения профилей концентраций OH и H₂O₂. Несмотря на обнаруженные различия, все три ДКМ предсказывают близкие значения нормальной скорости горения и скорости тепловыделения.