Анализ механизмов устойчивого распространения пламени в проточном реакторе с поперечным потоком

Авторы: Ярков А.В.
Опубликовано в выпуске: #9(62)/2021
DOI: 10.18698/2541-8009-2021-9-734
Раздел: Физика | Рубрика: Химическая физика, горение и взрыв
Ключевые слова: проточный реактор, стабилизация горения, поперечный поток, метано-воздушная смесь, скорость распространения фронта пламени, взаимодействие пламени с вихрями
Опубликовано: 08.09.2021

Проведена обработка экспериментальных данных и выполнено математическое моделирование процесса распространения пламени в стехиометрической метановоздушной смеси в проточном реакторе с организованным поперечным потоком свежей смеси в целях выявления основных механизмов, ответственных за устойчивое распространения фронта пламени. Обработка экспериментальных данных показала нелинейный характер зависимости средней скорости фронта пламени от объемного расхода смеси. При этом, в отличие от соответствующих данных для случая без поперечного потока, наблюдается увеличение средней скорости фронта при увеличении объемного расхода смеси. Численное моделирование подобной системы показало, в областях подачи газа в поперечном направлении в канале формируются вихревые структуры, взаимодействие пламени с которыми способствует увеличению площади поверхности пламени и интенсификации горения. Проведенные исследования характеристик распространения пламени в проточном реакторе с поперечным потоком расширяют представления о механизмах устойчивого распространения пламени в проточном реакторе и, в частности, о механизмах взаимодействия пламени с вихревыми структурами. С другой стороны, организация более устойчивого режима горения является основой для повышения энергоэффективности и экологической безопасности при использовании газообразных топлив.

Литература

[1] Kuo K.K., Acharya R. Fundamentals of turbulent and multiphase combustion. New York, Wiley, 2012.

[2] Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. М., Физматлит, 2003.

[3] Shudo T., Omori K., Hiyama O. NOx reduction and NO2 emission characteristics in rich-lean combustion of hydrogen. Int. J. Hydrog. Energy, 2008, vol. 33, no 17, pp. 4689–4693. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.05.034

[4] Lloyd S.A., Wienberg F.J. A burner for mixtures of very low heat content. Nature, 1974, vol. 251, no. 5470, pp. 47–49. DOI: https://doi.org/10.1038/251047a0

[5] Ju Y., Maruta K. Microscale combustion: Technology development and fundamental research. Prog. Energy Combust. Sci., 2011, vol. 37, no 6, pp. 669–715. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2011.03.001

[6] Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М., Изд-во иностранной литературы, 1961.

[7] Bradley D., Hundy G.F. Burning velocities of methane-air mixtures using hot-wire anemometers in closed-vessel explosions. Symp. (Int.) Combust., 1971, vol. 13, no 1, pp. 575–583. DOI: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(71)80059-0

[8] McGrattan K., McDermott R., Weinschenk C. et al. Fire dynamics simulator users guide. NIST, 2013.

[9] Smith G.P., Golden D.M., Frenklach M. et al. Gri-Mech 3.0. URL: http://www.me.berkeley.edu/gri_mech (дата обращения: 12.05.2021).

[10] Franzelli B., Riber E., Gicquel L.Y.M. et al. Large Eddy Simulation of combustion instabilities in a lean partially premixed swirled flame. Combust. Flame, 2012, vol. 159, no 2, pp. 621–637. DOI: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2011.08.004