Определение зависимости скорости распространения ламинарного пламени от давления и начальной температуры при горении метана

C. В. Лукачёв, С. Г. Матвеев, И. А. Зубрилин, А. В. Сигидаев

Аннотация


Приведены результаты работы, позволившие получить уточнённую зависимость скорости распространения ламинарного пламени Sl от состава смеси в широком диапазоне давлений и начальных температур при горении метана. Дан анализ литературы с целью обобщения экспериментальных данных по измерению скорости распространения ламинарного пламени при горении метана. Проведён расчёт Sl с использованием кинетического механизма GRI 3.0 в заданном диапазоне давлений и температур. Проведено обобщение результатов расчёта в программном продукте MATLAB с целью уточнения степенных зависимостей Sl от давления и начальной температуры. Результаты расчёта по полученной аппроксимирующей зависимости сопоставлены с экспериментальными данными и с результатами расчёта по известным зависимостям. Получено, что показатели степени для зависимостей от давления и температуры должны описываться не константами или линейными зависимостями, а уравнениями второй степени от коэффициента избытка топлива. Результаты могут использоваться при моделировании процессов горения в трёхмерной постановке и в расчётах по инженерным методикам. 


Ключ. слова


Скорость распространения ламинарного пламени метана; кинетический механизм химических реакций

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Снегирёв А.Ю. Основы теории горения. М.: Политехнический университет, 2014. 350 с.

2. Zeldovich Y.B., Frank-Kamenetskii D.A. Theory of thermal flame propagation // Journal Physical Chemistry. 1938. V. 12. P. 100-105.

3. Herweg R.A., Maly R.R. Fundamental model for flame kernel formation in S. I. Engines // SAE Technical Paper Series. 1992. DOI: 10.4271/922243

4. Zimont V., Polifke M., Bettelini W., Weisenstein A. An efficient computational model for premixed turbulent combustion at high reynolds numbers based on a turbulent flame speed closure // Journal of Gas Turbines Power. 1998. V. 120, Iss. 3. P. 526-532. DOI: 10.1115/1.2818178

5. Rao K.V-L., Lefebvre A.H. Flame blowoff studies using large-scale flameholders // Journal of Engineering for Power. 1982. V. 104, Iss. 4. P. 853-857. DOI: 10.1115/1.3227355

6. Rizk N.K., Lefebvre A.H. Influence of laminar flame speed on the blowoff velocity of bluff-body-stabilized flames // AIAA Journal. 1984. V. 22, Iss. 10. P. 1444-1447. DOI: 10.2514/3.8801

7. Radhakrishnan K., Heywood J.B., Tabaczynsky R.J. Premixed turbulent flame blowoff velocity correlation based on coherent structures in turbulent flows // Combustion and Flame. 1981. V. 42. P. 19-33. DOI: 10.1016/0010-2180(81)90139-5

8. Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas turbine combustion. New York: CRC Press, 2010. 538 p.

9. Kutsenko Yu.G., Inozemtsev A.A., Gomzikov L.Y. Modeling of turbulent combustion process and lean blowout of diffusion and premixed flames using a combined approach // ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea, and Air. 2009. V. 2. P. 889-902. DOI: 10.1115/gt2009-60131

10. Chen J.H. Petascale direct numerical simulation of turbulent combustion – fundamental insights towards predictive models // Proceedings of the Combustion Institute. 2011. V. 33, Iss. 1. P. 99-123. DOI: 10.1016/j.proci.2010.09.012

11. ANSYS A. Version 15.0; ANSYS. Inc. Canonsburg., 2013.

12. Gottgens J., Mauss F., Peters N. Analytic approximations of burning velocities and flame thicknesses of lean hydrogen, methane, ethylene, ethane, acetylene and propane flames // Symposium (International) on Combustion. 1992. V. 24, Iss. 1. Р. 129-135. DOI: 10.1016/s0082-0784(06)80020-2

13. Smooke M.D. Reduced kinetic mechanisms and asymptotic approximations for methane-air flames // Lecture Notes in Physics. 1991. V. 384. DOI: 10.1007/bfb0035362

14. Metghalchi M., Keck J.C. Burning velocities of mixtures of air with methanol, isooctane, and indolene at high pressure and temperature // Combustion and Flame. 1982. V. 48. P. 191-210. DOI: 10.1016/0010-2180(82)90127-4

15. Egolfopoulos F., Cho N. P., Law C. K. Laminar flame speeds of methane-air mixtures under reduced and elevated pressures // Combustion and Flame. 1989. V. 76, Iss. 3-4. P. 375-391. DOI: 10.1016/0010-2180(89)90119-3

16. Taylor S.C. Burning velocity and the influence of flame stretch. Ph.D. Thesis. University of Leeds, 1991.

17. Vagelopoulos C.M., Egolfopoulos F.N., Law C.K. Further considerations on the determination of laminar flame speeds with the counterflow twin-flame technique // Symposium (International) on Combustion. 1994. V. 25, Iss. 1. P. 1341-1347. DOI: 10.1016/s0082-0784(06)80776-9

18. Maaren Van A., Thung D.S., De Goey L.R.H. Measurement of flame temperature and adiabatic burning velocity of methane/air mixtures // Combustion Science and Technology. 1994. V. 96, Iss. 4-6. P. 327-344. DOI: 10.1080/00102209408935360

19. Just Th. http://combustion.berkeley.edu/gri-mech/version30/targets30/f5.html.

20. Aung K.T., Tseng L.-K.M., Ismail A., Faeth G.M. Laminar burning velocities and Markstein numbers of hydrocarbon/air flames // Combustion and Flame. 1995. V. 102, Iss. 4. P. 523-525. DOI: 10.1016/0010-2180(95)00034-4

21. Hassan M.I., Aung K.T., Faeth G.M. Properties of Laminar Premixed CO/H/Air Flames at Various Pressures // Combustion and Flame. 1997. V. 13, Iss. 2. P. 239-245. DOI: 10.2514/2.5154

22. GU X.J., Haq M.Z., Lawes M., Woolley R. Laminar burning velocity and Markstein lengths of methane-air mixtures // Combustion Flame. 2000. V. 121, Iss. 1-2. P. 41-58. DOI: 10.1016/s0010-2180(99)00142-x

23. Rozenchan G., Zhu D.L., Law C.K., Tse S.D. Outward propagation, burning velocities, and chemical effects of methane flames up to 60 atm // Proceedings of the Combustion Institute. 2002. V. 29, Iss. 2. P. 1461-1470. DOI: 10.1016/s1540-7489(02)80179-1

24. Bosschaart K.J., de Goey L.P.H. The Laminar burning velocity of flames propagating in mixtures of hydrocarbons and air measured with the heat flux method // Combustion and Flame. 2004. V. 136, Iss. 3. P. 261-269. DOI: 10.1016/j.combustflame.2003.10.005

25. GRI 3.0. http://www.me.berkeley.edu/gri_mech.

26. Hunt B.R., Lipsman R.L., Rosenberg J.M. A guide to MATLAB: for beginners and experienced users. Cambridge University Press, 2001. 346 p.

27. Goswami M.S., Derks K., Coumans W.J., Slikker M.H. de Andrade Oliveira, Bastiaans R.J.M., Luijten C.C.M., de Goey L.P.H., Konnov A.A. The effect of elevated pressures on the laminar burning velocity of methane + air mixtures // Combustion and Flame. 2013. V. 160, Iss. 9. P. 1627-1635. DOI: 10.1016/j.combustflame.2013.03.032

28. Liao S.Y., Jiang D.M., Cheng Q. Determination of laminar burning velocities for natural gas // Fuel. 2004. V. 83, Iss. 9. P. 1247-1250. DOI: 10.1016/j.fuel.2003.12.001

29. Christensen M., Nilsson E.J.K., Konnov A.A. The Temperature dependence of the laminar burning velocities of methyl formate + air flames // Fuel. 2015. V. 157. P. 162-170. DOI: 10.1016/j.fuel.2015.04.072


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2016-15-4-224-234

Ссылки

  • Ссылки не определены.


 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533