4 / 14
отметить, что используемая в настоящей работе кинетическая схема
горения водорода при источнике тепловой энергии 100 мДж обеспе-
чивает значение нижнего концентрационного предела воспламенения
4,2% [13]. Область устойчивого горения соответствует составам с
содержанием водорода более 10%. Основу приведенного в работе
анализа составляют расчеты горения смесей с 6, 8 и 10%-ным содер-
жанием водорода. Для выделения и иллюстрации различий динамики
неустойчивого бедного и устойчивого пламени также рассмотрим раз-
витие горения в протяженной полуоткрытой трубе диаметром 4 см,
заполненной 16%-ной смесью водорода с воздухом.
Расчеты динамики химически активной газовой смеси проводи-
лись на основе уравнений вязкой сжимаемой жидкости Навье – Стокса
с учетом теплопроводности, многокомпонентной диффузии и энерго-
выделения за счет химических реакций. Решаемая численно, система
уравнений Навье – Стокса имеет стандартный вид и подробно пред-
ставлена в работе [14]. Коэффициенты вязкости, теплопроводности и
многокомпонентной диффузии газовой смеси определяются исходя из
известных соотношений кинетической теории газов для многокомпо-
нентных сред [15]. Уравнения состояния свежей смеси и продуктов
горения задаются на основе таблиц NASA путем интерполяции [16].
В качестве кинетической схемы горения водорода выбрана редуциро-
ванная схема Варнатца [13], удовлетворительно описывающая кине-
тику горения в достаточно широком диапазоне составов смеси и ее
термодинамического состояния. Согласно последним исследованиям
в области химической кинетики горения [17], большинство сформу-
лированных кинетических механизмов достаточно хорошо воспроиз-
водят такие основные характеристики горения, как время задержки
воспламенения и ламинарная скорость горения. Однако в области бед-
ных и богатых составов имеет место рассогласованность теоретиче-
ских и экспериментальных данных. В области бедных составов до-
пускается относительная погрешность 10% для углеводородных топ-
лив и 30% для водородно-воздушных смесей [17], что обусловлено
погрешностью используемых экспериментальных методик. Результа-
ты, полученные по выбранной в настоящей работе кинетической схе-
ме [13], вполне укладываются в допустимую экспериментальную по-
грешность. Таким образом, можно полагать, что выявленные в ходе
данного исследования закономерности имеют по крайней мере пра-
вильный качественный характер и позволяют обобщить результаты
работы на более широкий спектр околопредельных по составу сме-
сей.
Система уравнений газовой динамики горения решалась числен-
но эйлерово-лагранжевым методом [18] первого порядка точности по
88
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2015. № 6