Klassifikatsiya i dinamika ul'trabednykh vodorodo-vozdushnykh plamen v gorizontal'nykh tsilindricheskikh yacheykakh khele - shou
- Authors: Moskalev P.V1, Denisenko V.P1, Kirillov I.A1
-
Affiliations:
- Issue: Vol 164, No 1 (2023)
- Pages: 117-128
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0044-4510/article/view/144770
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044451023070118
- EDN: https://elibrary.ru/GGBIIA
- ID: 144770
Cite item
Abstract
С помощью метода последовательно инвертированного проецирования изучена динамика ультрабедных водородо-воздушных пламен, свободно распространяющихся в горизонтальной цилиндрической ячейке Хеле - Шоу. Для количественной оценки двух выявленных характеристик динамики пламени - зависимости усредненных скоростей пламени от времени и зависимости начальной скорости пламени от стехиометрии исходной водородо-воздушной смеси - были предложены временное и стехиометрическое скейлинговые соотношения. Первое соотношение аппроксимирует зависимость пути фронта пламени в водородо-воздушных смесях с начальной концентрацией водорода, превышающей некоторое критическое значение. Второе соотношение аппроксимирует зависимости начальных скоростей фронта пламени от концентрации водорода. Наличие единых соотношений для топологически различных типов ультрабедных водородо-воздушных пламен может быть интерпретировано как дополнительное свидетельство наличия единого механизма перехода от дискретных фронтов изолированных шаровых пламен к квазинепрерывному фронту дефлаграционного пламени через каскад бифуркаций.
References
- A. von Humboldt and J. F. Gay-Lussac, Versuche ¨uber die Eudiometrischen Mittel und ¨uber das Verh¨altnis der Bestandtheile der Atmosphere, J.Phys. LX, 38 (1805).
- H. F. Coward and F. Brinsley, The Dilution-Limits of Inflammability of Gaseous Mixtures. Part I. The Determination of Dilution-Limits. Part II. The Lower Limits for Hydrogen, Methane, and Carbon Monoxide in Air, J.Chem. Soc.Trans. 105, 1859 (1914).
- D.E. Mallard and H. L. le Chatelier, ' Etude sur la Combustion des M'elanges Gazeux Explosifs, Ann.Mines. 4, 296 (1883).
- H. Bunte, ¨Uber die Neuere Entwickelung der Flammenbeleuchtung, Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 31, 5 (1898).
- P. Eitner, Untersuchungen ¨uber die Explosionsgrenzen Brennbarer Gase und D¨ampfe, Habilitationsschrift, M¨unchen (1902).
- G. Bohm and K. Clusius, Die Struktur Aufsteigender H2-O2-Flammen, Z.Naturforschg. 3a, 386 (1948).
- P.D. Ronney, Near-Limit Flame Structures at Low Lewis Number, Comb. Flame 82, 1 (1990).
- P.D. Ronney, K.N. Whaling, A. Abbud-Madrid et al., Stationary Premixed Flames in Spherical and Cylindrical Geometries, AIAA J. 32, 569 (1994).
- Я.Б. Зельдович, Теория горения и детонации газов, АН СССР, Москва (1944).
- P.D. Ronney, Understanding Combustion Processes through Microgravity Research, Proc.Combust. Inst. 27, 2485 (1998).
- K. Maruta, M. Yoshida, Y. Ju et al., Experimental Study on Methane-Air Premixed Flame Extinction at Small Stretch Rates in Microgravity, Proc.Combust. Inst. 26, 1283 (1996).
- R. Fursenko, S. Minaev, H. Nakamura et al., Cellular and Sporadic Flame Regimes of Low-Lewis-Number Stretched Premixed Flames, Proc.Combust. Inst. 34, 981 (2013).
- Y. L. Shoshin and L.P.H. de Goey, Experimental Study of Lean Flammability Limits of Methane/Hydrogen/Air Mixtures in Tubes of Different Diameters, Exp.Therm. Fluid Sci. 34, 373 (2010).
- Y. Shoshin, J. van Oijen, A. Sepman et al., Experimental and Computational Study of the Transition to the Flame Ball Regime at Normal Gravity, Proc.Combust. Inst. 33, 1211 (2011).
- F.E. Hern'andez-P'erez, B. Oostenrijk, Y. Shoshin et al., Formation, Prediction and Analysis of Stationary and Stable Ball-Like Flames at Ultra-Lean and Normal-Gravity Conditions, Combust. Flame 162, 932 (2015).
- G. Joulin and G. I. Sivashinsky, Influence of Momentum and Heat Losses on the Large-Scale Stability of Quasi-2D Premixed Flames, Combust. Sci.Tech. 98, 1 (1994).
- J. Sharif, M. Abid, and P.D. Ronney, Premixed-Gas Flame Propagation in Hele-Shaw Cells, in Spring Technical Meeting, US Section of Combustion Institute, March 15-17 (1999), p. 352
- J. Wongwiwat, J. Gross, and P.D. Ronney, Flame Propagation in Narrow Channels at Varying Lewis Numbers, in Proc. ICDERS-2015 (2015), p. 258
- C. Almarcha, J. Quinard, B. Denet et al., Experimental Two Dimensional Cellular Flames, Phys.Fluids, 27, 9 (2015).
- E. Al Sarraf, C. Almarcha, B. Radisson et al., Flame Instability in a Hele-Shaw Cell: Thickness Effect, in Proc. 8th European Combustion Meeting (2017), p. 357.
- M.M. Alexeev, O.Yu. Semenov, and S.E. Yakush. Experimental Study on Cellular Premixed Propane Flames in a Narrow Gap Between Parallel Plates, Combust. Sci.Technol. 191, 1256 (2019).
- M. Kuznetsov and J. Grune, Experiments on Flame Acceleration and DDT for Hydrogen/Air Mixtures in a Thin Layer Geometry, Int. J.Hydrog.Energy 44, 8727 (2019).
- F. Veiga-Lopez, M. Kuznetsov, J. Yanez et al., Flame Propagation Near the Limiting Conditions in a Thin Layer Geometry, in Proc. 8th ICHS (2019), p. 193.
- F. Veiga-Lopez, M. Kuznetsov, D. Mart'ınez-Ruiz et al., Unexpected Propagation of Ultra-Lean Hydrogen Flames in Narrow Gaps, Phys.Rev.Lett. 124, 174501 (2020).
- I. Brailovsky and G. I. Sivashinsky, On Stationary and Travelling Flame Balls, Combust. Flame 110, 524 (1997).
- S. Minaev, L. Kagan, G. Joulin et al., On Self-Propagating Flame Balls, Combust.Theory Model. 5, 609 (2001).
- I.A. Kirillov, Physics-Based Approach for Reduction Uncertainties in Concentration Limits of "Slowto-Fast" Flame Transition in Hydrogen-Air Gas Mixtures, in Technical Meeting on Hydrogen Management in Severe Accidents in VIC, Vienna, Austria, 25-28 September (2018), p. 259.
- А.С. Мелихов, И.А. Кириллов, В.П. Денисенко, Устройство для определения концентрационных пределов распространения пламени по газовым смесям в условиях, соответствующих невесомости, Патент RU 2702422 C1, Дата подачи заявки: 11.05.2018, Опубликовано: 08.10.2019.
- I.A. Kirillov, On Flame Ball-to-Deflagration Transition in Hydrogen-Air Mixtures, in Proc. ICHS-2021 (2021), p. 134.
- V.P. Denisenko, S. S. Kingsep, I.A. Kirillov et al., Critical Morphological Phenomena During Ultra-Lean Hydrogen-Air Combustion in Closed Horizontal Hele-Shaw Cell, in Proc. ICHS-2021 (2021), p. 128.
- A. Dom'ınguez-Gonz'alez, D. Mart'ınez-Ruiz, and M. S'anchez-Sanz, Stable Circular and Double-Cell Lean Hydrogen-Air Premixed Flames in Quasi Two-Dimensional Channels, Proc.Combust. Inst. (2022).
- Ю.А. Гостинцев, А.Г. Истратов, Н.И. Кидин и др. Автотурбулизация газовых пламен. Теоретические трактовки, ТВТ 37, 633 (1999).
- ImageJ, Image Processing and Analysis in Java, Version: 1.53t, URL: https://imagej.net/ij/.
- В. Е. Борисов, С. Е. Якуш, Численное моделирование распространения метанового пламени в зазоре между параллельными пластинами, Препринт №004 ИПМ им. М. В. Келдыша (2019).
- J. Huo, H. Su, L. Jiang et al., The Effect of Gap Width on Premixed Flame Propagation in Non-Adiabatic Closed Hele-Shaw Cells, Combust. Sci. Technol. 194, 2793 (2021).
- S. Diao, X. Wen, Z. Guo et al., Flame Propagation Characteristics of Syngas-Air in the Hele-Shaw Duct with Different Equivalence Ratio and Ignition Positions, ACS Omega 7, 20118 (2022).
- G. Gu, J. Huang, W. Han et al., Propagation of Hydrogen-Oxygen Flames in Hele-Shaw Cells, Int. J. Hydrog.Energy 46, 12009 (2021).
- P.V. Moskalev, V.P. Denisenko, and I.A. Kirillov, Scaling Laws for Velocity Dynamics of the Ultra-Lean Hydrogen-Air Flames Expanding in Horizontal Cylindrical Hele-Shaw Cell, in Proc. ICDERS-2022 (2022), p. 221.