Исследование распространения водородно-воздушного пламени в плоском зазоре методом инфракрасной визуализации

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В статье представлено экспериментальное исследование распространения водородно-воздушного пламени в плоском зазоре с центральным воспламенением. Впервые применена высокоскоростная инфракрасная визуализация, которая позволила детально рассмотреть начальную стадию формирования пламени в плоском зазоре и определить структуры, образующиеся в процессе сгорания смеси. При сгорании бедных водородно-воздушных смесей обнаружен распад дефлаграционного фронта пламени, приводящий к образованию отдельных очагов, распространяющихся радиально. Отмечено, что данный эффект наблюдается только при толщине зазора не более 5 мм и объемном содержании водорода в смеси не более 10%. Проанализирована интенсивность излучения продуктов сгорания в зависимости от состава смеси и толщины плоского зазора. Актуальность работы обусловлена требованиями безопасности водородной энергетики, в частности взрывобезопасности водородных топливных ячеек.

About the authors

В. В. Володин

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: golub@ihed.ras.ru
Russian Federation, Москва

В. В. Голуб

Объединенный институт высоких температур РАН

Author for correspondence.
Email: golub@ihed.ras.ru
Russian Federation, Москва

А. Е. Ельянов

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: golub@ihed.ras.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Gaydon A.G. The Spectroscopy of Flames. Chapman and Hall Ltd., 1974. 411 p.
  2. Попов Ю.А. О влиянии пульсаций температуры на излучение пламени и методе обращения спектральных линий // ТВТ. 1980. Т. 18. № 2. С. 383.
  3. Луизова Л.А., Смирнов Б.М., Хахаев А.Д., Чугин В.П. Излучательные свойства пламени свечи // ТВТ. 1990. Т. 28. № 5. С. 897.
  4. Руднев Б.И., Повалихина О.В. Анализ особенностей излучения пламени в камере сгорания дизельных двигателей // Науч. тр. Дальрыбвтуза. 2007. № 19. С. 80.
  5. Burrows M.C. Radiation Processes Related to Oxygen–Hydrogen Combustion at High Pressures // Proc. Combust. Inst. 1965. V. 10. № 1. P. 207.
  6. Ferrari M., Quaresima V. A Brief Review on the History of Human Functional Near-infrared Spectroscopy (fNIRS) Development and Fields of Application // Neuroimage. 2012. V. 63. № 2. P. 921.
  7. Kim W.K., Mogi T., Dobashi R. Flame Acceleration in Unconfined Hydrogen/Air Deflagrations Using Infrared Photography // J. Loss Prev. Process Ind. 2013. V. 26. № 6. P. 1501.
  8. Pitz R.W., Cattolica R., Robben F., Talbot L. Temperature and Density in a Hydrogen–Air Flame from Rayleigh Scattering // Combust. Flame. 1976. V. 27. P. 313.
  9. Bykov V., Kiverin A., Koksharov A., Yakovenko I. Analysis of Transient Combustion with the Use of Contemporary CFD Techniques // Comput. Fluids. 2019. V. 194. P. 104310.
  10. Яковенко И.С., Котельников А.Л., Киверин А.Д. Влияние дисперсных капель воды на ускорение пламени и переход к детонации // Вестник ОИВТ. 2022. Т. 8. С. 48.
  11. Bivol G., Gavrikov A., Golub V., Elyanov A., Volodin V. 3D Surface of an Unstable Hydrogen–Air Flame // Exp. Therm. Fluid Sci. 2021. V. 121. P. 110265.
  12. Sizikov V.S., Evseev V., Fateev A., Clausen S. Direct and Inverse Problems of Infrared Tomography // Appl. Opt. 2016. V. 55. № 1. P. 208.
  13. Elyanov A.E., Gavrikov A.I., Golub V.V., Mikushkin A.Yu., Volodin V.V. Propagation Dynamics Uncertainty Analysis of a Premixed Laminar Unstable Hydrogen–Air Flame // Process Saf. Environ. Prot. 2022. V. 164. P. 50.
  14. Аминов Р.З., Егоров А.Н., Рыжков А.А. Исследование горения топливной смеси H2–O2–H2O в камере сгорания водородного парогенератора // ТВТ. 2022. Т. 60. № 4. С. 557.
  15. Kuznetsov M., Grune J. Experiments on Combustion Regimes for Hydrogen/Air Mixtures in a Thin Layer Geometry // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 17. P. 8727.
  16. Veiga-López F., Kuznetsov M., Martínez-Ruiz D., Fernández-Tarrazo E., Grune J., Sánchez-Sanz M. Unexpected Propagation of Ultra-lean Hydrogen Flames in Narrow Gaps // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 124. № 17. 174501.
  17. Kuznetsov M., Grune J., Tengah S., Yanez J. Experimental Study of 2D-instabilities of Hydrogen Flames in Flat Layers // Proc. 25th ICDERS. 2–7 August. 2015. Leeds, UK, 2015. P. 313.
  18. Veiga-López F., Kuznetsov M., Yanez J., Grune J., Sánchez-Sanz M. Flame Propagation Near the Limiting Conditions in a Thin Layer Geometry // Proc. 8th ICHS. Adelaide, Australia, 2019. P. 193.
  19. Veiga-López F., Martínez-Ruiz D., Sánchez-Sanz M., Kuznetsov M. Thermoacoustic Analysis of Kean H2–Air Premixed Flames in Thin Layers // Proc. 27th ICDERS. 28 July–2 August. 2019. V. 28. 169.
  20. Michelson D.M., Sivashinsky G.I. Nonlinear Analysis of Hydrodynamic Instability in Laminar Flames–II. Numerical Experiments // Acta Astronaut. 1977. V. 4. № 11–12. P. 1207.
  21. Escanciano J.Y., Kuznetsov M., Veiga-López F. Characterization of Unconventional Hydrogen Flame Propagation in Narrow Gaps // Phys. Rev. E. 2021. V. 103. № 3. 033101.
  22. Bychkov V., Akkerman V., Fru G., Petchenko A., Eriksson L.-E. Flame Acceleration in the Early Stages of Burning in Tubes // Combust. Flame. 2007. V. 150. № 4. P. 263.
  23. Alexeev M.M., Semenov O.Y., Yakush S.E. Experimental Study on Cellular Premixed Propane Flames in a Narrow Gap between Parallel Plates // Combust. Sci. Technol. 2018. V. 191. № 7. P. 1256.
  24. Москалев П.В., Денисенко В.П., Кириллов И.А. Классификация и динамика ультрабедных водо-родо-воздушных пламен в горизонтальных цилиндрических ячейках Хеле–Шоу // ЖЭТФ. 2023. Т. 164. № 1. С. 117.
  25. Fernández-Galisteo D., Kurdyumov V.N., Ronney P.D. Analysis of Premixed Flame Propagation between Two Closely-spaced Parallel Plates // Combust. Flame. 2018. V. 190. P. 133.
  26. Jang H.J., Jang G.M., Kim N.I. Unsteady Propagation of Premixed Methane/Propane Flames in a Mesoscale Disk Burner of Variable-gaps // Proc. Combust. Inst. 2019. V. 37. № 2. P. 1861.
  27. Guo Zh., Wu F., Diao Sh., Wen X. Unstable Combustion Behavior of Syngas/Air Mixture with Different Components in a Narrow Gap Disk Reactor // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 54. P. 1357.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences