Распространение водородно-воздушного пламени в канале с теплопоглощающим покрытием

Аннотация

Изложены результаты экспериментального исследования горения изначально неподвижной водородно-воздушной смеси в канале, одна из стенок которого покрыта волокнистым поглощающим материалом --- стальной ватой. На основании серий теневых фотографий ячеистого пламени получены зависимости расстояния, пройденного фронтом пламени, от времени при отсутствии покрытия и с тремя образцами стальной ваты различной толщины и пористости. Показано, что скорость распространения пламени в водородно-воздушной смеси с содержанием водорода 15 % (об.) в канале круглого сечения диаметром 54 мм с покрытием до 3 раз превышает скорость пламени в канале без покрытия. Вычислены значения плотности, теплоемкости и теплопроводности стальной ваты. Рассчитаны скорости тепловыделения при горении и поглощения теплоты из области продуктов сгорания слоем стальной ваты. Определена доля тепловой энергии, поглощаемой стальной ватой, проанализировано влияние этого эффекта на скорость распространения пламени. Измерены размеры ячеек неустойчивого пламени при его распространении в канале без покрытия и с покрытием. При распространении фронта пламени над слоем волокнистого поглощающего материала обнаружено сокращение среднего наблюдаемого размера ячейки в 2 раза

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Володин В.В., Голуб В.В., Ельянов А.Е. и др. Распространение водородно-воздушного пламени в канале с теплопоглощающим покрытием. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 5 (104), с. 31--44. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-5-31-44

Литература

[1] Golub V., Korobov A., Mikushkin A., et al. Propagation of a hemispherical flame over a heat-absorbing surface. Proc. Combust. Inst., 2019, vol. 37, iss 2, pp. 2583--2589. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proci.2018.08.044

[2] Golub V., Elyanov A., Korobov A., et al. Influence of heat absorption on hydrogen-air flame instability. Exp. Therm. Fluid Sci., 2019, vol. 109, art. 109845. DOI: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2019.109845

[3] Golovastov S.V., Bivol G.Yu., Alexandrova D. Evolution of detonation wave and parameters of its attenuation when passing along a porous coating. Exp. Therm. Fluid Sci., 2019, vol. 100, pp. 124--134. DOI: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2018.08.030

[4] Ciccarelli G., Johansen C., Kellenberger M. High-speed flames and DDT in very rough-walled channels. Combust. Flame, 2013, vol. 160, iss. 1, pp. 204--211. DOI: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2012.08.009

[5] Bivol G.Y., Golovastov S.V., Golub V.V. Effect of channel geometry and porous coverage on flame acceleration in hydrogen-air mixture. Process Saf. Environ. Prot., 2021, vol. 151, pp. 128--140. DOI: https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.04.038

[6] Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Пиневич С.Г. Аномальное распространение пламени в горючих газовзвесях. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2015, № 5 (62), с. 51--68. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2015-5-51-68

[7] Damkohler G. Der Einfluss der Turbulenz auf die Flammengeschwindigkeit in Gasgemischen. Z. Elektrochem. Angew. Phys. Chem., 1940, vol. 46, iss. 11, pp. 601--626. DOI: https://doi.org/10.1002/bbpc.19400461102

[8] Щёлкин К.И. О сгорании в турбулентном потоке. ЖТФ, 1943, т. 13, № 9-10, с. 520--530.

[9] de Goey L.P.H., ten Thije Boonkkamp J.H.M. Mass burning rate of premixed stretched flames: integral analysis versus large-activation-energy asymptotics. J. Eng. Math., 2008, vol. 62, no. 1, pp. 67--84. DOI: https://doi.org/10.1007/s10665-007-9175-1

[10] Markstein G.H. Experimental and theoretical studies of flame-front stability. J. Aeronaut. Sci., 1951, vol. 18, no. 3, pp. 199--220. DOI: https://doi.org/10.2514/8.1900

[11] Ландау Л.Д. К теории медленного горения. ЖЭТФ, 1944, т. 14, № 6, с. 240--244.

[12] Володин В.В., Голуб В.В., Ельянов А.Е. Влияние начальных условий на скорость фронта ламинарного пламени в газовых смесях. ЖТФ, 2021, т. 91, № 2, с. 247--254. DOI: http://dx.doi.org/10.21883/JTF.2021.02.50358.215-20

[13] Essmann S., Markus D., Grosshans H., et al. Experimental investigation of the stochastic early flame propagation after ignition by a low-energy electrical discharge. Combust. Flame, 2020, vol. 211, pp. 44--53. DOI: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2019.09.021

[14] 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 (36), с. 21--39.

[15] Golovastov S.V., Bivol G.Yu., Golub V.V. Influence of porous walls on flame front perturbations in hydrogen-air mixtures. Int. J. Hydrogen Energy, 2021, vol. 46, iss. 2, pp. 2783--2795. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.10.028

[16] Свойский З.В. Коэффициенты вязкости и теплопроводности газовых смесей при больших плотностях. Ученые записки ЦАГИ, 1982, т. 13, № 4, с. 141--149.