Нахождение пределов горения газовзвеси на основе водорода с микрокаплями воды

Авторы: Лобов К.С.
Опубликовано в выпуске: #8(61)/2021
DOI: 10.18698/2541-8009-2021-8-726
Раздел: Физика | Рубрика: Химическая физика, горение и взрыв
Ключевые слова: горение обедненной водородовоздушной смеси, капли воды, горение в канале, горение в проточном реакторе, пределы горения, пожаробезопасность, континуальная двухскоростная двухтемпературная модель, численное моделирование
Опубликовано: 26.08.2021

С помощью методов численного моделирования проведено исследование распространения пламени в обедненной водородовоздушной смеси с каплями воды, что особенно актуально для приложений пожаробезопасности, в частности, для хранения и транспортировки водорода и ядерной энергетики. Рассмотрены два случая: распространение пламени в канале, заполненном предварительно перемешанной водородовоздушной смесью с изначально неподвижными каплями воды, и горение газокапельной взвеси при ее направленной подаче в зону реакции в проточном реакторе. Определены пределы горения для каждого случая. Обнаружено, что капли воды малого диаметра позволяют эффективнее тушить пламя, а также что капли большого диаметра при определенных концентрациях способствуют быстрому охлаждению продуктов реакции. Установлено, что при направленной подаче газокапельной смеси в зону реакции тушение огня наблюдается при меньшей массовой концентрации капель, чем в случае распространения пламени в канале с неподвижными взвешенными каплями.

Литература

[1] Abe J.O., Popoola A.P.I., Ajenifuja E. et al. Hydrogen energy, economy and storage: review and recommendation. Int. J. Hydrog. Energy, 2019, vol. 44, no. 2, pp. 15072–15086. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.04.068

[2] Venetsanos A.G., Huld T., Adams P. et al. Source, dispersion and combustion modelling of an accidental release of hydrogen in an urban environment. J. Hazard Mater., 2003, vol. 105, no. 1-3, pp. 1–25. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2003.05.001

[3] Joseph-Auguste C., Cheikhravat H., Djebaı¨li-Chaumeix N. et al. On the use of spray systems: an example of R&D work in hydrogen safety for nuclear applications. Int. J. Hydrog. Energy, 2009, vol. 34, no. 14, p. 5970–5975. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.01.018

[4] Grant G., Brenton J., Drysdale D. Fire suppression by water sprays. Prog. Energy Combust. Sci., 2000, vol. 26, no. 2, pp. 79–130. DOI: https://doi.org/10.1016/S0360-1285(99)00012-X

[5] Thomas G.O., Jones A., Edwards M.J. Influence of water sprays on explosion development in fuel-air mixtures. Combust. Sci. Technol., 1991, vol. 80, no. 1-3, pp. 47–61. DOI: https://doi.org/10.1080/00102209108951776

[6] Thomas G.O., Edwards M.J., Edwards D.H. Studies of detonation quenching by water sprays. Combust. Sci. Technol., 1990, vol. 71, no. 4-6, pp. 233–245. DOI: https://doi.org/10.1080/00102209008951634

[7] van Wingerden K., Wilkins B., Bakken J. et al. The influence of water sprays on gas explosions. Part 2: mitigation. J. Loss Prev. Process Ind., 1995, vol. 8, no. 2, p. 61–70. DOI: https://doi.org/10.1016/0950-4230(95)00007-N

[8] Boeck L., Kink A., Oezdin D. et al. Influence of water mist on flame acceleration, DDT and detonation in H2-air mixtures. Int. J. Hydrog. Energy, 2015, vol. 40, no. 21, pp. 6995–7004. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.03.129

[9] Tsai S.S., Liparulo N.J. Fog inerting criteria for hydrogen/air mixtures. Tech. Rep. CONF-821026e. Palo Alto, Electric Power Research Inst., 1982.

[10] Medvedev S.P., Gel’fand B.E., Polenov A.N. et al. Flammability limits for hydrogen-air mixtures in the presence of ultrafine droplets of water (fog). Combust. Explos. Shock Waves, 2002, vol. 38, no. 4, pp. 381–386. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1016277028276

[11] McGrattan K., Hostikka S., McDermott R. et al. Fire dynamics simulator technical reference guide. Vol. 1. Mathematical model. NIST, 2019.

[12] Yang W., Kee R.J. The effect of monodispersed water mists on the structure, burning velocity, and extinction behavior of freely propagating, stoichiometric, premixed methane-air flames. Combust. Flame, 2002, vol. 130, no. 4, pp. 322–335. DOI: https://doi.org/10.1016/S0010-2180(02)00382-6