Анализ механизмов воспламенения стехиометрической топливно-воздушной смеси

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

В работе проведено сравнение различных механизмов активации стехиометрической смеси метана и воздуха в адиабатической элементарной ячейке постоянного объема в нуль-мерном приближении. Эволюция состава смеси от начального состояния описывается соответствующими уравнениями химической кинетики в рамках схемы с 224 реакциями для 32 компонентов, которая включает ионизованные компоненты окислителя и их зависимости от приведенного поля. В качестве базового механизма рассматривается активация треугольным импульсом тока длительностью 50 нс с амплитудами, обеспечивающими актуальный энерговклад для воспламенения смеси при начальных атмосферных условиях, т.е. порядка 1–2 МДж/м3. В качестве вариантов для сравнения рассмотрены идеализированные случаи процесса воспламенения, инициированные либо предварительным нагревом, либо частичной диссоциацией молекулярных компонентов окислителя. Отмечается определяющая роль как суммарного энерговклада, так и характерной мощности активации.

全文:

受限制的访问

作者简介

В. Битюрин

Объединенный институт высоких температур РАН

编辑信件的主要联系方式.
Email: valentin.bityurin@gmail.com
俄罗斯联邦, Москва

А. Бочаров

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: valentin.bityurin@gmail.com
俄罗斯联邦, Москва

А. Добровольская

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: valentin.bityurin@gmail.com
俄罗斯联邦, Москва

П. Иванов

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: valentin.bityurin@gmail.com
俄罗斯联邦, Москва

Т. Кузнецова

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: valentin.bityurin@gmail.com
俄罗斯联邦, Москва

Е. Филимонова

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: valentin.bityurin@gmail.com
俄罗斯联邦, Москва

参考

  1. Ju Y., Sun W. Plasma Assisted Combustion: Dyna-mics and Chemistry // Prog. Energy Combust. Sci. 2015. V. 48. P. 21.
  2. Starikovskiy A., Aleksandrov N. Plasma-assisted Ignition and Combustion // Prog. Energy Combust. Sci. 2013. V. 39. № 1. P. 61.
  3. Анохин Е.М., Киндышева С.В., Александров Н.Л. Воспламенение углеводород-кислородных смесей с помощью наносекундного поверхностного диэлектрического барьерного разряда // Физика плазмы. 2018. T. 44. № 11. C. 927.
  4. Discepoli G., Cruccolini V., Ricci F., Giuseppe A.Di., Papi S., Grimaldi C.N. Experimental Characterisation of the Thermal Energy Released by a Radio Frequency Corona Igniter in Nitrogen and Air // Appl. Energy. 2020. V. 263. P. 114617.
  5. Boumehdi M.A., Stepanyan S.A., Desgroux P., Vanhove G., Starikovskaia S.M. Ignition of Methane- and n-butane-containing Mixtures at High Pressures by Pulsed Nanosecond Discharge // Combust. Flame. 2015. V. 162. P. 1336.
  6. Cathey C.D., Tang T., Shiraishi T., Urushihara T., Kuthi A., Gundersen M.A. Nanosecond Plasma Ignition for Improved Performance of an Internal Combustion Engine // IEEE Trans. Plasma Sci. 2007. V. 35. P. 1664.
  7. Filimonova E.A. Discharge Effect on the Negative Temperature Coefficient Behaviour and Multistage Ignition in C3H8–Air Mixture // J. Phys. D: Appl. Phys. 2015. V. 48. P. 015201.
  8. Filimonova E., Bocharov A., Bityurin V. Influence of a Non-equilibrium Discharge Impact on the Low Temperature Combustion Stage in the HCCI Engine // Fuel. 2018. V. 228. P. 309.
  9. Filimonova E.A., Dobrovolskaya A.S., Bocharov A.N., Bityurin V.A., Naidis G.V. Formation of Combustion Wave in Lean Propane-air Mixture with a Non-uniform Chemical Reactivity Initiated by Nanosecond Streamer Discharges in the HCCI Engine // Combust. Flame. 2020. V. 215. P. 401.
  10. Bityurin V.A., Bocharov A.N., Dobrovolskaya A.S., Kuznetsova T.N., Popov N.A., Filimonova E.A. Numerical Modeling of Pulse-Periodic Nanosecond Discharges // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 2100. № 1. P. 012032.
  11. Битюрин В.А., Бочаров А.Н. Магнитогидродинамическое взаимодействие при обтекании затупленного тела гиперзвуковым воздушным потоком // МЖГ. 2006. № 5. C. 188.
  12. Aleksandrov N.L., Kindusheva S.V., Nudnova M.M., Starikovskii A.Yu. Mechanism of Ultra-fast Heating in a Non-equilibrium Weakly Ionized Air Discharge Plasma in High Electric Fields // J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. V. 43. P. 255201.
  13. Popov N.A. Fast Gas Heating in a Nitrogen-Oxygen Discharge Plasma: I. Kinetic Mechanism // J. Phys. D: Appl. Phys. 2011. V. 44. P. 285201.
  14. Popov N.A., Starikovskaia S.M. Relaxation of Electronic Excitation in Nitrogen/Oxygen and Fuel/Air Mixtures: Fast Gas Heating in Plasma-assisted Ignition and Flame Stabilization // Prog. Energy Combust. Sci. 2022. V. 89. 100928.
  15. Белов Г.В., Иориш В.С., Юнгман В.С. Моделирование равновесных состояний термодинамических систем с использованием ИВТАНТЕРМО для Windows // ТВТ. 2000. Т. 38. № 2. С. 209.
  16. Битюрин В.А., Иванов П.П., Корягина Г.М., Любимов Г.А., Медин С.А., Морозов Г.Н., Прокоп А.С. Численное моделирование работы МГД-генератора на переменных режимах в составе МГДЭС // ТВТ. 1982. Т. 20. № 4. С. 347.
  17. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Электр. спр. М.: Наука, 1978–2004. http://twt.mpei.ac.ru/tthb/2/oivt/IVTANThermo/Rus/index.htm

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Schematic diagram of the solution region and external influences.

下载 (9KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Structure of a 50 ns triangular discharge pulse: 1 – total current, 2 – voltage across a 1 mm gap, 3 – total power.

下载 (27KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Evolution of temperature (1), input energy (2) and composition of the methane-air mixture activated by a triangular pulse (50 ns, 24 kA/m) in logarithmic coordinates: 3 – mole fraction of CH4, 4 – e, 5 – O, 6 – H, 7 – N, 8 – H2O, 9 – CO, 10 – OH.

下载 (23KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Evolution of temperature and concentrations of the main components of the methane-air mixture after chemical activation by partial dissociation of nitrogen or oxygen with equal energy costs: 1, 2 – temperature; 3, 6, 8 – mole fractions of atomic oxygen, nitrogen, hydrogen (during O-activation); 4, 5, 7 – during N-activation.

下载 (20KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Evolution of temperature and concentrations of the main components of the methane-air mixture composition after temperature and chemical activations by partial dissociation of nitrogen: 1, 2 – temperature; 3, 6, 8 – mole fractions of atomic oxygen, nitrogen, hydrogen (during thermal activation); 2, 4, 5, 7 – during N-activation.

下载 (21KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Evolution of the mixture temperature during activation by triangular current pulses (50 nm) from top to bottom: 30, 27, 24, 20, 17, 14, 11, 8 kA/m.

下载 (18KB)
索引源数据
8. Fig. 7. Change in molar fractions of charged and atomic components of a stoichiometric methane-air mixture activated by a current pulse (50 ns, 24 kA): 1 – temperature, 2 – electron concentration, 3 – O atoms, 4 – H atoms, 5 – N atoms, 6 – O2+ ions, 7 – N2+, 8 – NO+, 9 – N+, 10 – O+; filled rectangle – discharge action interval.

下载 (22KB)
索引源数据
9. Fig. 8. Change in the mole fractions of hydrocarbons in the stoichiometric methane-air mixture activated by a current pulse (50 ns, 20 kA/m): 1 - temperature, 2 - concentration of CH4, 3 - CH3, 4 - CH2O, 5 - CHO, 6 - CH3O, 7 - C2H2, 8 - C2H4, 9 - CH3CHO, 10 - CH3OH, 11 - CH2OH, 12 - C3H6, 13 - C2H5OH.

下载 (22KB)
索引源数据
10. Fig. 9. Change in the mole fractions of oxides and radicals in the stoichiometric methane-air mixture activated by a current pulse (50 ns, 20 kA/m): 1 - temperature, 2 - concentration of H2O, 3 - CO, 4 - OH, 5 - CO2, 6 - H2O2, 7 - HO2, 8 - H2, 9 - NO; filled rectangle – discharge action interval.

下载 (19KB)
索引源数据
11. Fig. 10. Evolution of temperature and composition of methane-air mixture activated by current pulse (50 ns, 20 kA/m) in group representation: 1 – initial composition and concentration of molecular hydrogen, 2 – concentrations of oxides and radicals, 3 – intermediate hydrocarbons, 4 – ions, electrons and atoms, 5 – temperature.

下载 (19KB)
索引源数据
12. Fig. 11. Temperature stages of composition of methane-air mixture activated by current pulse (50 ns, 20 kA/m) in group representation: 1 – initial composition and concentration of molecular hydrogen, 2 – oxides and radicals, 3 – intermediate hydrocarbons, 4 – ions, electrons and atoms, 5 – time.

下载 (18KB)
索引源数据
13. Fig. 12. Ignition delay time for different activation mechanisms: 1 – activation by a current pulse with a duration of 10 ns, 2 – 50 ns, 3 – 50 μs, 4 – N-activation, 5 – thermal activation, 6 – thermal activation (lean mixture).

下载 (17KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

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».