Влияние микрокапель воды на развитие неустойчивости фронта горения обедненной водородно-воздушной смеси в канале

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В работе с использованием методов численного моделирования рассматривается процесс горения газовой смеси водорода с воздухом в канале с подачей свежей смеси с примесью микрокапель воды. Динамика микрокапель описывается в лагранжевом приближении, что позволяет выявить роль локального взаимодействия капель с поверхностью фронта пламени. Показано, что локальное воздействие капель на фронт пламени может провоцировать генерацию возмущений фронта и интенсифицировать развитие неустойчивости, тем самым обеспечивая интегральный рост скорости горения. С использованием спектрального анализа пространственной структуры фронта пламени в присутствии микрокапель проведен анализ динамики развития отдельных гармоник возмущений фронта и выявлены закономерности его эволюции при воздействии микрокапель воды.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. С. Яковенко

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: yakovenko.ivan@bk.ru
Россия, Москва

А. Д. Киверин

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

Email: yakovenko.ivan@bk.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Thomas G.O., Jones A., Edwards M.J. // Combust. Sci. Technol. 1991. V. 80. Issue 1–3. P. 47. https://doi.org/10.1080/00102209108951776
  2. Thomas G.O., Edwards M.J., Edwards D.H. // Combust. Sci. Technol. 1990. V. 71. Issue 4–6. P. 233. https://doi.org/10.1080/00102209008951634
  3. van Wingerden K., Wilkins B., Bakken J., Pedersen G. // J. Loss. Prev. Process. Ind. 1995. V. 8. Issue 2. P. 61. https://doi.org/10.1016/0950-4230(95)00007-N
  4. Boeck L., Kink A., Oezdin D., Hasslberger J., Sattelmayer T. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2015. V. 40. Issue 21. P. 6995. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.03.129
  5. Tsai S.S., Liparulo N.J. Fog inerting criteria for hydrogen/air mixtures, Tech. Rep. CONF-821026e. Palo Alto, CA, USA: Electric Power Research Inst. 1982.
  6. Медведев С.П., Гельфанд Б.Е., Поленов А.Н., Хомик С.В. // Физика горения и взрыва. 2002. Т. 38. № 4. С. 381. https://doi.org/10.1023/A:1016277028276
  7. Gieras M. // J. Loss. Prev. Process. Ind. 2008. V. 21. Issue 4. P. 472. https://doi.org/10.1016/j.jlp.2008.03.004
  8. Zhang P., Zhou Y., Cao X., Gao X., Bi M. // J. Loss. Prev. Process. Ind. 2014. V. 29. Issue 1. P. 313. https://doi.org/10.1016/j.jlp.2014.03.014
  9. van Wingerden K., Wilkins B. // J. Loss. Prev. Process. Ind. 1995. V. 8. Issue 2. P. 53. https://doi.org/10.1016/0950-4230(95)00002-I
  10. Thomas G.O., Brenton J.R. An investigation of factors of relevance during explosion suppression by water sprays. Tech. Rep. OTH 94 463. London, UK: The University College of Wales, 1996.
  11. Бетев А.С., Киверин А.Д., Медведев С.П., Яковенко И.С. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 12. С. 17. https://doi.org/10.1134/S1990793120060160
  12. Nicoli C., Haldenwang P., Denet B. // Combust. Sci. Technol. 2019. V. 191. Issue 2. P. 197. https://doi.org/10.1080/00102202.2018.1453728.
  13. Nicoli C., Haldenwang P., Denet B. // Combust. Theor. Model. 2017. V. 21. Issue 4. P. 630. https://doi.org/10.1080/13647830.2017.1279756
  14. Matalon M. // Annu. Rev. Fluid Mech. 2007. V. 39. Issue 1. P. 163. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.38.050304. 092153.
  15. Yakovenko I.S., Kiverin A.D. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. Issue 1. P. 1259. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.09.234
  16. Яковенко И.С., Медведков И.С., Киверин А.Д. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 85. https://doi.org/10.1134/S1990793122020142
  17. Sheppard D.T. Spray Characteristics of Fire Sprinklers, NIST GCR 02-838. Gaithersburg, MD, USA: National Institute of Standards and Technology, 2002.
  18. Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 8. С. 66. https://doi.org/10.1134/S1990793122040297
  19. Rehm R.G., Baum H.R. // J. Res. Natl. Bur. Stand. 1978. V. 83. Issue 3. P. 297. https://doi.org/10.6028/jres.083.019
  20. McGrattan K., McDermott R., Hostikka S. et al. Fire Dynamics Simulator Technical Reference Guide Volume 1: Mathematical Model, Tech. Rep. NIST Special Publication 1018-1. Gaithersburg, MD, USA: U.S. Department of Commerce, National Institute of Standards and Technology, 2019. https://doi.org/10.6028/NIST.SP.1018
  21. Crowe C.T., Schwarzkopf J.D., Sommerfeld M., Tsuji Y. Multiphase flows with droplets and particles. 2nd ed. Boca Raton: CRC Press, 2012.
  22. Cheremisinoff N.P. Gas-liquid flows. Encyclopedia of fluid mechanics. 1st ed., vol. 3. Houston: Gulf Publishing, 1986.
  23. Keromnes A., Metcalfe W.K., Heufer K.A. et.al. // Combust. and Flame. 2013. V. 160. Issue 6. P. 995. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2013.01.001
  24. NRG computational package for reactive flows modeling. https://github.com/yakovenko-ivan/NRG
  25. Тереза А. М., Агафонов Г. Л., Андержанов Э. К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 8. С. 68. https://doi.org/10.1134/S1990793123040309
  26. Тереза А. М., Агафонов Г. Л., Андержанов Э. К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 3. С. 70. https://doi.org/10.1134/S1990793123020173
  27. Fursenko R.V., Pan K.L., Minaev S.S. // Phys. Rev. E. 2008. V 78. 056301. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.78.056301
  28. Creta F., Fogla N., Matalon M. // Combust. Theor. Model. 2011. V. 15. Issue 2. P. 267. https://doi.org/10.1080/13647830.2010.538722

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Постановка задачи о распространении пламени в открытом канале с подачей свежей смеси с примесью взвешенных микрокапель воды: штриховая линия – начальное возмущение, штрих-пунктирная – ось симметрии.

Скачать (11KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дисперсионная кривая неустойчивости фронта пламени смеси 15% водорода с воздухом.

Скачать (10KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Динамика развития структуры фронта пламени в чистой газовой смеси 15% водорода с воздухом и в присутствии микрокапель воды: а – горение без капель воды; б – горение с подачей капель воды в зону горения при hd = 2 мм, 3 мм (в) и 4 мм (г). Сплошные черные линии – изолинии температуры T = 1000 К, штриховые красные линии – начальное возмущение, штрихпунктирные черные линии – траектории микрокапель. Время между отдельными изолиниями Δt = 1 мс.

Скачать (63KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Временны́е зависимости амплитуды гармоник фронта пламени An(t) для начального возмущения n = 1 (а) и гармоники с длиной волны, равной ширине канала n = 1 (б). Сплошные черные линии – чистая газовая смесь без капель, штрих-пунктирные зеленые линии – hd = 4 мм, сплошные красные линии – hd = 3 мм, штриховые синие линии – hd = 2 мм.

Скачать (31KB)
Метаданные
6. Рис. 5. а – Зависимость значений периметра фронта пламени, Pf, нормированного на ширину канала, от времени. б – Временна́я ависимость скорости средней координаты фронта пламени в лабораторной системе отсчета, ufL, нормированная на величину нормальной скорости горения Sb. Обозначения те же, что и для рис. 4.

Скачать (38KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 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».