Features of the interaction of the combustion front of diluted methane–oxygen mixtures with hollow cylindrical and conical obstacles at low pressures

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

It was shown that the front of the flame of a well-mixed diluted methane–oxygen mixture at 298 K and 100–300 Torr propagating to the ends of hollow cylindrical and conical obstacles does not form a vortex shedding behind them; however, that instability occurs under the same conditions in the flow of hot products after the obstacles. To find out the reason that vortex shedding is not observed behind the obstacle at flame propagation, but vortex shedding appears in the course of propagation of a reflected stream of hot products, we consider the curved flame front. Let us show that the thermal conductivity should reduce the curvature of the flame and lead to its stabilization. Indeed, the convex areas of the chemical reaction zone in a combustible mixture in relation to the cold ones shall give up more heat than in a flat flame: the heat from these is not only transmitted forward in the direction of flame propagation, but also in the lateral directions. The resulting cooling of the reaction zone will cause the backlog of the areas of the flame that burst forward. The opposite situation will be for concave areas where the temperature rises for the same reasons, reactions rates increase, and they spread forward faster as the flame spreads. Thus, the surface of the curved front of the flame aligns. In other words, the thermal conductivity has a stabilizing effect on the curved flame. This effect is missing in non-reactive gas. The calculations showed that the main observed feature of the flame front propagation against an obstacle in the form of a cylinder is taken into account: vortex shedding is not observed behind the obstacle at flame propagation; the simple consideration was given above. Thus, the qualitative model of compressible non-reactive/reactive Navier–Stokes equations in low Mach number approximation allows obtaining both the mode of the emergence of von Karman instability in chemically inert gas and the absence of the mode for flame propagation.

About the authors

K. Ya. Troshin

Semenov Institute of Chemical Physics of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: troshin@center.chph.ras.ru
Russian Federation, Moscow

N. M. Rubtsov

Institute for Structural Macrokinetics and Materials Science of Russian Academy of Sciences

Email: troshin@center.chph.ras.ru
Russian Federation, Chernogolovka

V. I. Chernysh

Institute for Structural Macrokinetics and Materials Science of Russian Academy of Sciences

Email: troshin@center.chph.ras.ru
Russian Federation, Chernogolovka

G. I. Tsvetkov

Institute for Structural Macrokinetics and Materials Science of Russian Academy of Sciences

Email: troshin@center.chph.ras.ru
Russian Federation, Chernogolovka

References

  1. Lovett J.A., Brogan T.P., Philippona D.S., Keil B.V., Thompson T.V. // Proc. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit. AIAA 2004-4192. Fort Lauderdale, Florida, 2004.
  2. Ebrahimi H.B. // Proc. 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, AIAA 2006-4916. Sacramento, California, 2006.
  3. Ballal D.R. // Proc. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, AIAA 2004-3546. Fort Lauderdale, Florida, 2004.
  4. Magnussen B.F. // Proc. ECCOMAS Thematic Conf. on Comput. Combust. Lisbon, 2005.
  5. Goldin G.M. // Proc. 43rd AIAA Aerospace Sci. Meet. and Exhibit. AIAA 2005-555. Reno, Nevada, 2005.
  6. Gokulakrishnan P., Bikkani R., Klassen M.S., Roby R.J. // Proc. 47th AIAA Aerospace Sci. Meet. Including. The New Horizons Forum and Aerospace Exposition. Orlando, Florida, 2009.
  7. Cross C.N. PhD Thesis. Georgia Institute of Technology, 2011.
  8. Tovar J.M. Master of Science Thesis. Univ. of California, 2015.
  9. Hu J., Wang Z., Zhao W., Sun S., Sun C., Guo C. // J. Mar. Sci. Eng. 2020. V. 8. P. 195.
  10. Rubtsov N.M., Chernysh V.I., Tsvetkov G.I., Troshin K.Ya. // FirePhysChem. 2021.V. 1. P. 174.
  11. Rubtsov N.M., Kalinin A.P., Tsvetkov G.I., Troshin K.Ya., Rodionov A.I. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2018. V. 12(6). P. 1017.
  12. Kalinin A.P., Rubtsov N.M., Vinogradov A.N., Egorov V.V., N.A., A.I., A.Yu., K.Ya., G.I., . 2020. V. 14(3). P. 413.
  13. Rodionov A.I., Rubtsov N.M., Vinogradov A.N., Kalinin A.P., Rodionov I.D., Troshin K.Ya, Tsvetkov G.I., Chernysh V.I., Seplyarsky B.S. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2021. V. 15(4). P. 702.
  14. Troshin K.Y., Rubtsov N.M., Tsvetkov G.I., Chernysh V.I. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2022. V. 16(1). P. 39.
  15. Alasard T. // Arch. Rational Mech. Anal. 2006. V. 180. P. 1.
  16. Akkerman V., Bychkov V., Petchenko A., Eriksson L.-E. // Combust. and Flame. 2006. V. 145. P. 206.
  17. Backstrom G. Simple Fields of Physics by Finite Element Analysis. GB Publishing, 2005.
  18. Lewis B., Von Elbe G. Combustion, flames and explosions of gases. Acad. Press Inc., 1987.
  19. Tables of Physical Values / Ed. I.K. Kikoin. M.: Atomizdat, 1976 [in Russian].
  20. Lighthill M.J. // Proc. Roy. Soc. Lond. A. 1954. V. 222. P. 1.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».