Численное моделирование влияния примесей на самовоспламенение бедных смесей водорода с воздухом

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

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.

Об авторах

А. М. Тереза

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова, Российской академии наук

Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

Г. Л. Агафонов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

Э. К. Андержанов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

А. С. Бетев

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

С. П. Медведев

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

С. В. Хомик

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

Т. Т. Черепанова

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: tereza@chph.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Rogers R.C., Schexnayder C.J. Jr. NASA: Paper 1856. Hampton, VA, 1981.
  2. Аветисян А.А. Азатян В.В. Калачев В.И. и др. // Кинетика и катализ. 2007. Т. 48. № 1. С. 12.
  3. Заманский В.М., Борисов А.А. // Итоги науки и техники. Сер. “Кинетика и катализ”. М.: ВИНИТИ, 1989. С. 160.
  4. Drakon A., Eremin A. // Combust. Sci. Tech. 2018. V. 190. № 3. P. 550.
  5. Азатян В.В., Ведешкин Г.К., Филатов Ю.М. // Вестн. РАН. 2019. Т. 89. № 3. С. 279.
  6. Schonborn A., Sayad P., Konnov A.A., Klingmann J. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2014. V. 39. № 23. P. 12 166.
  7. Dryer F.L., Chaos M. // Combust. and Flame. 2008. V. 152. P. 293.
  8. Chaos M., Dryer F.L. // Combust. Sci. Tech. 2008. V. 180. № 6. P. 1053.
  9. Павлов В.А., Герасимов Г.Я. // Инж.-физ. журн. 2014. Т. 87. № 6. С. 1238.
  10. Urzay J., Kseib N., Davidson D.F., Iaccarino G., Hanson R.K. // Combust. and Flame. 2014. V. 161. № 1. P. 1
  11. Власов П.А., Смирнов В.Н., Тереза А.М. // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 6. С. 35.
  12. Смыгалина А.Е., Киверин А.Д. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 8. С. 49.
  13. Гельфанд Б.Е., Медведев С.П., Хомик С.В. и др. // ДАН. 1996. Т. 349. № 4. С. 482.
  14. Gelfand B.E., Popov O.E., Medvedev S.P. et al. // Proc. 21st Sympos. (Intern.) on Shock Waves / Ed. Houwing A.F.P. Brisbane, Canberra, Australia: Queensland University, 1997. Paper № 2400.
  15. Забайкин В.А., Perkov E.V., Tret’yakov P.K. // Физика горения и взрыва. 1997. Т. 33. № 3. С. 70.
  16. Козлов С.Н., Александров Е.Н., Кузнецов Н.М., Маркевич Е.А. // Хим. физика. 2013. Т. 32. № 11. С. 75.
  17. Александров Е.Н., Маркевич Е.А., Козлов С.Н., Частухин Д.С., Кузнецов Н.М. // Физика горения и взрыва. 2013. Т. 49. № 1. С. 3.
  18. Маркевич Е.А., Козлов С.Н., Александров Е.Н., Кузнецов Н.М. // Хим. физика. 2014. Т. 33. № 6. С. 47.
  19. Rubtsov N.M. Key Factors of Combustion. From Kinetics to Gas Dynamics. Cham, Switzerland: Springer, 2017.
  20. Tingas E.Al., Kyritsis D.C., Goussis D.A. // J. Energy Eng. 2019. V. 145. Issue 1. P. 04018074
  21. Налбандян А.Б., Воеводский В.В. Механизм окисления и горения водорода. М.: Изд-во АН СССР, 1949.
  22. Кондратьев В.Н., Никитин Е.Е. Кинетика и механизм газофазных реакций. М.: Наука, 1974.
  23. Crane J., Shi X., Singh A.V., Tao Y., Wang H. // Combust. and Flame. 2019. V. 200. P. 44.
  24. Hu E., Pan L., Gao Z. et al. // Inter. J. Hydr. Energ. 2016. V. 41. P. 13261.
  25. Keromnes A., Metcalfe W.K., Heufer K.A. et al. // Combust. Flame. 2013. V. 160. P. 995.
  26. Mulvihill C.R., Petersen E.L. // Proc. Combust. Inst. 2019. V. 37. Issue 1. P. 259; https://doi.org/10.1016/j.proci.2018.05.024
  27. Cantwell B.J. // Annu. Rev. Fluid Mech. 1981. V. 13. P. 457.
  28. Репик Е.У., Соседко Ю.П. Турбулентный пограничный слой. М.: Физматлит, 2007.
  29. Физическая химия быстрых реакций / Под ред. Левитт Б.П. М.: Мир, 1976.
  30. Safety standard for hydrogen and hydrogen systems NASA. Washington, DC, 1997. Paper NSS 1740.16.
  31. Sinev M.Yu. // Rus. J. Phys. Chem. B. 2007. V. 1. № 4. P. 329.
  32. Долин П.И., Эршлер Б.В. // Доклады, представленные СССР на Междунар. конф. по мирному использованию атомной энергии в Женеве. М.: АН СССР, 1955. С. 293.
  33. Le Caer S. // Water. 2011. V. 3. № 1. P. 235; https://doi.org/10.3390/w3010235
  34. Macdonald D.D., Engelhardt G.R., Petrov A.A // Corros. Mater. Degrad. 2022. V. 3. P. 470; https://doi.org/10.3390/cmd3030028
  35. CHEMKIN-Pro 15112. CK-TUT-10112-1112-UG-1. Reaction Design: San Diego, 2011.
  36. Grune J., Sempert K., Haberstroh H., Kuznetsov M., Jordan T. // J. Loss Prevention Process Industries. 2013. V. 26. P. 317.
  37. Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 8. С. 66.
  38. Sanchez A.L., Williams F.A. // Progr. Energy Combust. Sci. 2014. V. 41. P. 1.
  39. Голодец Г.И. Гетерогенно-каталитические реакции с участием молекулярного кислорода. Киев: Наук. думка, 1977.
  40. Синев М.Ю. Автореф. дис. … д-ра хим. наук. М.: ИХФ РАН, 2011. С. 63.
  41. Высокореакционные интермедиаты / Под ред. Егорова М.П., Мельникова М.Я. М.: КРАСАНД, 2014.
  42. Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Горение и взрыв. 2021.Т. 14. № 4. С. 4
  43. Азатян В.В. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 3. С. 291.
  44. Masten D.A., Hanson R.K., Bowman C.T. // J. Phys. Chem. 1990. V. 94. № 18. P. 7119.

Дополнительные файлы


© А.М. Тереза, Г.Л. Агафонов, Э.К. Андержанов, А.С. Бетев, С.П. Медведев, С.В. Хомик, Т.Т. Черепанова, 2023

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».