Исследование распространения водородно-воздушного пламени в плоском зазоре методом инфракрасной визуализации

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 статье представлено экспериментальное исследование распространения водородно-воздушного пламени в плоском зазоре с центральным воспламенением. Впервые применена высокоскоростная инфракрасная визуализация, которая позволила детально рассмотреть начальную стадию формирования пламени в плоском зазоре и определить структуры, образующиеся в процессе сгорания смеси. При сгорании бедных водородно-воздушных смесей обнаружен распад дефлаграционного фронта пламени, приводящий к образованию отдельных очагов, распространяющихся радиально. Отмечено, что данный эффект наблюдается только при толщине зазора не более 5 мм и объемном содержании водорода в смеси не более 10%. Проанализирована интенсивность излучения продуктов сгорания в зависимости от состава смеси и толщины плоского зазора. Актуальность работы обусловлена требованиями безопасности водородной энергетики, в частности взрывобезопасности водородных топливных ячеек.

全文:

受限制的访问

作者简介

В. Володин

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: golub@ihed.ras.ru
俄罗斯联邦, Москва

В. Голуб

Объединенный институт высоких температур РАН

编辑信件的主要联系方式.
Email: golub@ihed.ras.ru
俄罗斯联邦, Москва

А. Ельянов

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: golub@ihed.ras.ru
俄罗斯联邦, Москва

参考

  1. Gaydon A.G. The Spectroscopy of Flames. Chapman and Hall Ltd., 1974. 411 p.
  2. Попов Ю.А. О влиянии пульсаций температуры на излучение пламени и методе обращения спектральных линий // ТВТ. 1980. Т. 18. № 2. С. 383.
  3. Луизова Л.А., Смирнов Б.М., Хахаев А.Д., Чугин В.П. Излучательные свойства пламени свечи // ТВТ. 1990. Т. 28. № 5. С. 897.
  4. Руднев Б.И., Повалихина О.В. Анализ особенностей излучения пламени в камере сгорания дизельных двигателей // Науч. тр. Дальрыбвтуза. 2007. № 19. С. 80.
  5. Burrows M.C. Radiation Processes Related to Oxygen–Hydrogen Combustion at High Pressures // Proc. Combust. Inst. 1965. V. 10. № 1. P. 207.
  6. Ferrari M., Quaresima V. A Brief Review on the History of Human Functional Near-infrared Spectroscopy (fNIRS) Development and Fields of Application // Neuroimage. 2012. V. 63. № 2. P. 921.
  7. Kim W.K., Mogi T., Dobashi R. Flame Acceleration in Unconfined Hydrogen/Air Deflagrations Using Infrared Photography // J. Loss Prev. Process Ind. 2013. V. 26. № 6. P. 1501.
  8. Pitz R.W., Cattolica R., Robben F., Talbot L. Temperature and Density in a Hydrogen–Air Flame from Rayleigh Scattering // Combust. Flame. 1976. V. 27. P. 313.
  9. Bykov V., Kiverin A., Koksharov A., Yakovenko I. Analysis of Transient Combustion with the Use of Contemporary CFD Techniques // Comput. Fluids. 2019. V. 194. P. 104310.
  10. Яковенко И.С., Котельников А.Л., Киверин А.Д. Влияние дисперсных капель воды на ускорение пламени и переход к детонации // Вестник ОИВТ. 2022. Т. 8. С. 48.
  11. Bivol G., Gavrikov A., Golub V., Elyanov A., Volodin V. 3D Surface of an Unstable Hydrogen–Air Flame // Exp. Therm. Fluid Sci. 2021. V. 121. P. 110265.
  12. Sizikov V.S., Evseev V., Fateev A., Clausen S. Direct and Inverse Problems of Infrared Tomography // Appl. Opt. 2016. V. 55. № 1. P. 208.
  13. Elyanov A.E., Gavrikov A.I., Golub V.V., Mikushkin A.Yu., Volodin V.V. Propagation Dynamics Uncertainty Analysis of a Premixed Laminar Unstable Hydrogen–Air Flame // Process Saf. Environ. Prot. 2022. V. 164. P. 50.
  14. Аминов Р.З., Егоров А.Н., Рыжков А.А. Исследование горения топливной смеси H2–O2–H2O в камере сгорания водородного парогенератора // ТВТ. 2022. Т. 60. № 4. С. 557.
  15. Kuznetsov M., Grune J. Experiments on Combustion Regimes for Hydrogen/Air Mixtures in a Thin Layer Geometry // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 17. P. 8727.
  16. Veiga-López F., Kuznetsov M., Martínez-Ruiz D., Fernández-Tarrazo E., Grune J., Sánchez-Sanz M. Unexpected Propagation of Ultra-lean Hydrogen Flames in Narrow Gaps // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 124. № 17. 174501.
  17. Kuznetsov M., Grune J., Tengah S., Yanez J. Experimental Study of 2D-instabilities of Hydrogen Flames in Flat Layers // Proc. 25th ICDERS. 2–7 August. 2015. Leeds, UK, 2015. P. 313.
  18. Veiga-López F., Kuznetsov M., Yanez J., Grune J., Sánchez-Sanz M. Flame Propagation Near the Limiting Conditions in a Thin Layer Geometry // Proc. 8th ICHS. Adelaide, Australia, 2019. P. 193.
  19. Veiga-López F., Martínez-Ruiz D., Sánchez-Sanz M., Kuznetsov M. Thermoacoustic Analysis of Kean H2–Air Premixed Flames in Thin Layers // Proc. 27th ICDERS. 28 July–2 August. 2019. V. 28. 169.
  20. Michelson D.M., Sivashinsky G.I. Nonlinear Analysis of Hydrodynamic Instability in Laminar Flames–II. Numerical Experiments // Acta Astronaut. 1977. V. 4. № 11–12. P. 1207.
  21. Escanciano J.Y., Kuznetsov M., Veiga-López F. Characterization of Unconventional Hydrogen Flame Propagation in Narrow Gaps // Phys. Rev. E. 2021. V. 103. № 3. 033101.
  22. Bychkov V., Akkerman V., Fru G., Petchenko A., Eriksson L.-E. Flame Acceleration in the Early Stages of Burning in Tubes // Combust. Flame. 2007. V. 150. № 4. P. 263.
  23. Alexeev M.M., Semenov O.Y., Yakush S.E. Experimental Study on Cellular Premixed Propane Flames in a Narrow Gap between Parallel Plates // Combust. Sci. Technol. 2018. V. 191. № 7. P. 1256.
  24. Москалев П.В., Денисенко В.П., Кириллов И.А. Классификация и динамика ультрабедных водо-родо-воздушных пламен в горизонтальных цилиндрических ячейках Хеле–Шоу // ЖЭТФ. 2023. Т. 164. № 1. С. 117.
  25. Fernández-Galisteo D., Kurdyumov V.N., Ronney P.D. Analysis of Premixed Flame Propagation between Two Closely-spaced Parallel Plates // Combust. Flame. 2018. V. 190. P. 133.
  26. Jang H.J., Jang G.M., Kim N.I. Unsteady Propagation of Premixed Methane/Propane Flames in a Mesoscale Disk Burner of Variable-gaps // Proc. Combust. Inst. 2019. V. 37. № 2. P. 1861.
  27. Guo Zh., Wu F., Diao Sh., Wen X. Unstable Combustion Behavior of Syngas/Air Mixture with Different Components in a Narrow Gap Disk Reactor // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 54. P. 1357.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Experimental setup: 1 – pressure flange; 2 – lower flange (base); 3 – holes for fastening the flanges together; 4 – KI glass; 5 – spark igniter; 6 – gas nozzle; 7 – plate forming the studied gap h; 8 – rubber seals; 9 – infrared camera.

下载 (23KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Infrared images of the propagating hydrogen-air flame front with 10 vol. % hydrogen and a gap thickness of 5 mm at times of 5.4, 13.5, and 40.5 ms (from left to right).

下载 (15KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Infrared images of the hydrogen-air flame front: (a) – 10 vol. % hydrogen in the mixture, gap thickness of 10 mm, time – 40.5 ms; (b) – 15 vol. %, 3 mm, 13.5 ms; (c) – 15 vol. %, 10 mm, 13.5 ms; (d) – 20 vol. %, 3 mm, 5.4 ms.

下载 (20KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Graph of radiation intensity distribution along the radius for different moments of time of propagation of the hydrogen-air flame front with a hydrogen content of 10 vol. % in a gap 10 mm thick: 1 – 5.4 ms, 2 – 16.2, 3 – 27, 4 – 37.8, 5 – 48.6, 6 – 59.5.

下载 (17KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Graphs of radiation intensity distribution along the radius for different moments of time of propagation of the hydrogen-air flame front with a hydrogen content of 15 vol. % in a gap of different thickness: (a) – 5 mm, (b) – 7, (c) – 10; 1 – 5.4 ms, 2 – 8.1, 3 – 10.8, 4 – 13.5, 5 – 16.2, 6 – 18.9, 7 – 21.6, 8 – 24.3, 9 – 27, 10 – 29.7.

下载 (46KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Graphs of radiation intensity distribution along the radius for different moments of time of propagation of the hydrogen-air flame front with a hydrogen content of 20 vol.% in a gap of 3 (a) and 10 mm (b) thickness; 1 – 5.4 ms, 2 – 8.1, 3 – 10.8, 4 – 13.5, 5 – 2.7.

下载 (28KB)
索引源数据
8. Fig. 7. Graph of the dependence of the average radius on time under different conditions: 1 – 10 vol.% hydrogen in the mixture, gap thickness – 7 mm; 2 – 10, 10; 3 – 15, 3; 4 – 15.5; 5 – 15, 7; 6 – 15, 10; 7 – 20, 3; 8 – 20.5; 9 – 20, 7; 10 – 20, 10. 

下载 (19KB)
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».