Математическое моделирование распространения пламени в водород-воздушных смесях
Автор: Беляев П.Е., Аетпаева М.С., Ковалев Ю.М., Пигасов Е.Е.
Рубрика: Математическое моделирование
Статья в выпуске: 1 т.17, 2024 года.
Бесплатный доступ
Развитие водородной энергетики неразрывно связано с обеспечением водородной безопасности и исследованием процессов, протекающих при горении водород-содержащих смесей. Использование численного моделирования позволяет исследовать поведение системы в диапазонах изменения основных параметров, не покрытых экспериментальными данными. В данной работе представлена модель, позволяющая моделировать течения химически реагирующих сплошных сред, верифицированная на экспериментальных данных по распространению пламени в ударной трубе с перегородками, заполненной водород-воздушной смесью.
Водород, воспламенение, период индукции, кинетические модели
Короткий адрес: https://sciup.org/147243952
IDR: 147243952 | УДК: 544.45 | DOI: 10.14529/mmp240101
Mathematical modelling of flame propagation in hydrogen-air mixtures
The development of hydrogen power engineering is inextricably linked to the provision of hydrogen safety and the study of processes occurring during combustion of mixtures containing hydrogen. The use of numerical simulation allows us to study the behaviour of the system in the ranges of variation of the main parameters not covered by experimental data. This paper presents a model allowing to simulate the flow of chemically reacting continuous media verified on experimental data on flame propagation in a shock tube with orifice plates filled with hydrogen-air mixture.
Список литературы Математическое моделирование распространения пламени в водород-воздушных смесях
- Арутюнов, В.С. Проблемы и вызовы водородной энергетики / В.С. Арутюнов // Горение и плазмохимия. - 2021. - Т. 19, № 4. - С. 245-255.
- Гельфанд, Б.Е. Водород: параметры горения и взрыва / Б.Е. Гельфанд, О.Е. Попов, Б.Б. Чайванов. - М.: Физматлит, 2008.
- Dorofeev, S.B. Deflagration to Detonation Transition in Large Confined Volume of Lean Hydrogen-Air Mixtures / S.B. Dorofeev, V.P. Sidorov, A.E. Dvoinishnikov, W. Breitung // Combustion and Flame. - 1996. - V. 104, № 1-2. - P. 95-110.
- Veser, A. Deflagration to Detonation Transition Experiments with Hydrogen-Air Mixtures in Shock Tube and Obstacle Array Geometries / A. Veser, W. Breitung, G. Engel, et al. -Karlsruhe: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 1999.
- Баженова, Т.В. Ударноволновой механизм самовоспламенения водорода при внезапном истечении из резервуара под высоким давлением / Т.В. Баженова, М.В. Брагин, В.В. Голуб, М.Ф. Иванов // Теплофизика высоких температур. - 2007. - Т. 45, № 5. - С. 733-740.
- Lu-Qing Wang. Experimental Study of Detonation Propagation in a Square Tube Filled with Orifice Plates / Lu-Qing Wang, Hong-Hao Ma, Zhao-Wu Shen, et al. // International Journal of Hydrogen Energy. - 2018. - V. 43, № 9. - P. 4645-4656.
- Нигматулин, Р.И. Основы механики гетерогенных сред / Р.И. Нигматулин. - М.: Наука, 1987.
- Ковалев, Ю.М. Анализ инвариантности некоторых математических моделей многокомпонентных сред /Ю.М. Ковалев, В.Ф. Куропатенко // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математика. Механика. Физика. - 2012. - № 11. - С. 4-7.
- Ковалев, Ю.М. Математическая модель газовзвеси с химическими превращениями в приближении парных взаимодействий / Ю.М. Ковалев, Е.Е. Пигасов // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математическое моделирование и программирование. - 2014. - Т. 7, № 3. - С. 40-49.
- Оран, Э. Численное моделирование реагирующих потоков / Э. Оран, Дж. Борис. -М.: Мир, 1990.
- Варнатц, Ю. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Ю. Варнатц, У. Маас, Р. Диббл. - М.: Физ-матлит, 2006.
- Гиршфельдер, Дж. Молекулярная теория газов и жидкостей / Дж. Гиршфельдер, Ч. Кертисс, Р. Берд. - М.: Издательство иностранной литературы, 1961.
- Беляев, П.Е. Адаптация метода Куропатенко для расчета ударных волн в эйлеровых координатах / П.Е. Беляев, И.Р. Макеева, Е.Е. Пигасов, Д.А. Мастюк // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математическое моделирование и программирование. - 2021. - Т. 14, № 1. -С. 83-96.
- Рябинин, В.К. Математическое моделирование адиабатического периода индукции для метан-кислородных смесей в широком диапазоне начальных давлений и температур / В.К. Рябинин, Ю.М. Ковалев // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математическое моделирование и программирование. - 2013. - Т. 6, № 1. - С. 56-71.
- Пигасов, Е.Е. Математическое моделирование адиабатического теплового взрыва для реакции окисления водорода / Е.Е. Пигасов, В.К. Рябинин, Ю.М. Ковалев // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математическое моделирование и программирование. - 2013. - Т. 6, № 3. - С. 130-135.
- Зельдович, Я.Б. Математическая теория горения и взрыва / Я.Б. Зельдович, Г.И. Ба-ренблатт, Б.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе. - М.: Наука, 1980.
- Ибрагимова, Л.Б. Сравнительный анализ констант скоростей химических реакций, описывающих горение водородо-кислородных смесей / Л.Б. Ибрагимова, Г.Д. Смехов, О.П. Шаталов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. - 2009. - Т. 8. -25 c.
- Димитров, В.И. Простая кинетика // В.И. Димитров. - Новосибирск: Наука, 1982.
- Бабушок, В.И. Тестовые примеры моделирования кинетики сложных реакций / В.И. Ба-бушок, А.Н. Дакданча. - Красноярск, 1990.
- Бабушок, В.И. Структура предела цепочно-теплового самовоспламенения / В.И. Бабу-шок, Т.В. Крахтинова, В.С. Бабкин // Кинетика и катализ. - 1984. - Т. 25, № 1. - C. 5-12.
- Mullins, B.P. Studies of the Spontaneous Ignition of Fuels Injected into a Bot Air Stream / B.P. Mullins. - NATO AGARD AG S/P2, 1952.
- Patch, R.W. Shock-Tube Measurement of Dissociation on Rates of H2-J Chem / R.W. Patch // Journal of Chemical Physics. - 1962. - V. 36, № 7. - 6 p.
- Porowski, R. Experimental Study on DDT for Hydrogen-Methane-Air Mixtures in Tube with Obstacles / R. Porowski, A. Teodorczyk // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. - 2013. - V. 26, № 2. - P. 374-379.
- Kee, R.J. Chemkin-III: A Fortran Chemical Kinetics Package for the Analysis of GasPhase Chemical and Plasma Kinetics / R.J. Kee, F.M. Rupley, E. Meeks, J.A. Miller. - Springfield: Sandia National Laboratories, 1996.
