Воспламенение водородно-воздушной смеси вблизи нижнего концентрационного предела

Методами численного моделирования выполнен анализ инициирования горения водородно-воздушной смеси вблизи нижнего концентрационного предела воспламенения. С использованием детальных моделей химической кинетики, воспроизводящих особенности цепного механизма воспламенения, решены задачи о развитии процесса воспламенения и распространении волн горения в бедных смесях с однородным и неоднородным перемешиванием. Показано, что при неравномерном распределении концентрации инициирование реакции возможно и при концентрациях водорода в смеси ниже бедного предела. Формирующаяся в этом случае тепловая волна может создать условия для инициирования самоподдерживающейся волны горения в прилегающей менее обедненной области.

Литература

[1] Mitigation of hydrogen hazards in severe accidents in nuclear power plants. IAEA-TECDOC-1661, IAEA, Vienna, 2011.

[2] Fernandez-Galisteo D., Sanchez A.L., Lilian A., Williams F.A. One-step reduced kinetics for lean hydrogen-air deflagration // Combust. Flame. – 2009. – Vol. 156. – P. 985–996.

[3] Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Гальбурт В.А. Об одном способе ускорения перехода от дефлаграции к детонации в газообразных горючих смесях // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. // – 2008. – № 4. – C. 38–45.

[4] Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Рыков Ю.В. Особенности распространения пламени в замкнутых объемах // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. – 2010. – № 1. – C. 21–38.

[5] Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. – М.: Физматлит, 2003. – 351 c.

[6] Mc Bride B.J., Gordon S., Reno M.A. Coefficients for calculating thermodynamic and transport properties of individual species // NASA Technical Memorandum 4513. – 1993. – 89 p.

[7] Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. Вычислительный эксперимент. – М.: Наука, 1982. – 392 с.

[8] Liberman M.A., Ivanov M.F., Peil O.E., Valiev D.M., Eriksson L.E. Numerical modeling of the propagating flame and knock occurrence in spark-ignition engines // Combust. Sci. and Tech. – 2005. – Vol. 177. – No 1. – P. 151–182.

[9] Liberman M.A., Ivanov M.F., Valiev D.M., Eriksson L.E. Hot spot formation by the propagating flame and the influence of EGR on knock occurrence in SI engines // Combust. Sci. and Tech. – 2006. – Vol. 178. – No. 9. – P. 1613–1647.

[10] Ivanov M.F., Kiverin A.D., Liberman M.A. Hydrogen-oxygen flame acceleration and transition to detonation inchannels with no-slip walls for a detailed chemical reaction model // Physical review E. – 2011. – Vol. 83. – P. 056313-1– 056313-16.

[11] Kagan L., Sivashinsky G. The transition from deflagration to detonation in thin channels // Combustion flame. – 2003. – Vol. 134. – P. 389–397.

[12] Liberman M.A., Ivanov M.F., Peil O.E., Valiev D.M., Eriksson L.E. Numerical studies of curved stationary flames in wide tubes // Combust. Theory and Modelling. – 2003. – Vol. 7. – P. 653–676.

[13] Oran E.S., Gamezo V.N. Origins of the deflagration-to-detonation transitionin gas-phase combustion // Combust. Flame. – 2007. – Vol. 148. – P. 4–47.

[14] Kassoy D.R., Kuehn J.A., Nabity M.W., Clarcke J.F. Detonation initiation on the microsecond time scale: DDTs // Comb. Theor. Modelling. – 2008. – Vol. 12. – No 6. – P. 1009–1047.

[15] Liberman M.A., Kiverin A.D., Ivanov M.F. Regimes of chemical reaction waves initiated by nonuniform initial conditions for detailed chemical reaction models // Physical reviewe E. – 2012. – Vol. 85. – P. 056312-1–056312-11.

[16] Гельфанд Б.Е., Попов О.Е., Чайванов Б.Б. Водород: параметры горения и взрыва. – М.: Физматлит. – 2008. – 288 с.

[17] Бохон Ю.А., Гальбурт В.А., Гостинцев Ю.А. и др. Развитие взрыва газовой смеси за ударными волнами / Препринт ИВТАН № 2-416. – М., 1998. –59 с.

[18] GRI-Mech 3.0/ http://www.me.berkeley.edu/gri_mech/version30/text30.html#cite

[19] Starik A.M., Titova N.S. Kinetics of detonation initiation in the supersonic flow of the H2.O2 (air) mixture in O2 molecule excitation by resonance laser radiation // Kinetics and Catalysis. – 2003. – Vol. 44. – P. 28–39.

[20] Popov N.A. Influence of nonequilibrium excitation on ignition of hydrogen-oxygen mixtures. Theromphys. // High Temp. – 2007. – Vol. 45. – P. 296–31.

[21] Shatalov O.P., Ibraguimova L.B., Pavlov V.A., et al. Analysis of the kinetic data described oxygen-hydrogen mixtures combustion // Proceedings of the European Combustion Meeting. – 2009. – P. 811376.

[22] Slack M., Grillo A. Investigation of hydrogen-air ignition sensitized by nitric oxide and nitrogen dioxide // NASA Report CR-2896. – 1977.

[23] Schultz E., Shepherd J. Validation of detailed reaction mechanisms for detonation simulation / Cal. Inst. of Tech. Graduate Aeronautical Lab. Tech. Rep. FM 99-5. – 2000. – 230 р.

[24] Coward H.F., Jones G.W. Limits of flammability of gases and vapors / Bulletin 503, US Bureau of Mines. – 1952.

[25] Cashdollar K.L., Zlochower I.A., Green G.M., Thomas R.A., Hertzberg M. Flammability of methane, propane, and hydrogen gases // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. – 2000. – Vol. 13. – No. 3–5. – P. 327– 340.

[26] Flame acceleration and deflagration-to-detonation transition in nuclear safety. State-of-the Art Report, OCDE-Nuclear Safety, NEA/CSNI/R, 2000.

[27] Kuznetsov M., Liberman M., Matsukov I. Experimental study of the preheat zone formation and deflagration to detonation transition // Combustion Science and Technology. – 2010. – Vol. 182. – No. 11–12. – P. 1628–1644.

[28] Зельдович Я.Б. Классификация режимов экзотермической реакции в зависимости от начальных условий // Препринт ин-та химической физики АН СССР. – Черноголовка. – 1978. – 7 с.