Structure of a Lean Laminar Hydrogen–Air Flame

A. M. Tereza; Тереза А. М.; G. L. Agafonov; Агафонов Г. Л.; E. K. Anderzhanov; Андержанов Э. К.; A. S. Betev; Бетев А. С.; S. P. Medvedev; Медведев С. П.; S. V. Khomik; Хомик С. В.; T. T. Cherepanova; Черепанова Т. Т.

doi:10.31857/S0207401X23080113

Structure of a Lean Laminar Hydrogen–Air Flame

Authors: Tereza A.M.¹, Agafonov G.L.¹, Anderzhanov E.K.¹, Betev A.S.¹, Medvedev S.P.¹, Khomik S.V.¹, Cherepanova T.T.¹
Affiliations:
1. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 42, No 8 (2023)
Pages: 68-73
Section: Combustion, explosion and shock waves
URL: https://rjmseer.com/0207-401X/article/view/674842
DOI: https://doi.org/10.31857/S0207401X23080113
EDN: https://elibrary.ru/IHJBMJ
ID: 674842

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

Numerical simulations of flame structure and laminar burning velocity SL are performed for a lean (12%) hydrogen–air mixture under standard conditions. An analysis of the concentration profiles of intermediate species shows that a change in the kinetic mechanism that controls heat release dynamics occurs with increasing temperature. Thus, heat release in the flame consists of two stages. In the region of maximum temperature gradient, the concentrations of H2O2 and HO2 reach their peak values. The subsequent decrease in H2O2 and HO2 concentrations is accompanied by a concurrent increase in H, O, and OH concentrations. Variation of the rate constants for the reactions responsible for heat release results in changes in both temperature gradient and the value of SL. The value of SL is most sensitive to the reaction in which molecular hydrogen combines with hydroxyl radical to produce water vapor.

Keywords

lean hydrogen–air mixture, laminar flame, numerical simulation, chemical kinetics, detailed kinetic mechanism

References

Щетинков Е.С. Физика горения газов. М.: Наука, 1965.
Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987.
Заманский В.М., Борисов А.А. // Итоги науки и техники. Сер. “Кинетика и катализ”. Т. 19. М.: ВИНИТИ, 1989.
Abagyan A.A., Adamov E.O., Burlakov E.V. // Proc. IAEA Conf. (Intern.). IAEA-J4-TC972. Vienna, Austria: Springer, 1996. P. 46.
Saji G. // Nuclear Engineering and Design. 2016. V. 307 P. 64; https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2016.01.039
Raman K.S. Laminar burning velocities of lean hydrogen–air mixtures. Graduate Aeronautical Laboratories. Report FM97-15. Pasadena, CA: California Institute of Technology, 1998.
Шебеко Ю.Н., Шебеко А.Ю. // Пожарная безопасность. 2014. № 2. С. 106.
Азатян В.В., Андрианова З.С., Иванова А.Н., Карнаух А.А., Павлов В.А. // ЖФХ. 2015. Т. 89. № 10. С. 1553.
Yakovenko I.S., Ivanov M.F., Kiverin A.D, Melnikova K.S. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2018. V. 43. P. 1894.
Volodin V.V., Golub V.V., Kiverin A.D. et al. // Combust. Sci. Tech. 2021. V. 193. Issue. 2. P. 225; https://doi.org/10.1080/00102202.2020.1748606
Коробейничев O.П., Шмаков А.Г., Рыбицкая И.В. и др. // Кинетика и катализ. 2009. Т. 50. № 2. С. 170.
Sanchez A.L., Williams F.A. // Progr. Energy Combust. Sci. 2014. V. 41. P. 1.
Азатян В.В. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 3. С. 291.
Яковенко И.С., Медведков И.С., Киверин А.Д. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 1.
Hussaini M.Y., Kumar A., Voigt R.G. Major research topics in combustion. N.Y.: Springer, 1992; https://doi.org/10.1007/978-1-4612-2884-4
Bradley D., Lawes M., Liu K., Verhelst S., Woolley R. // Combust. and Flame. 2007. V. 149. Issue. 1–2. P. 162.
Kuznetsov M., Czerniak M., Grune J., Jordan, T. // Proc. Conf. (Intern.) of Hydrogen Safety. Brussels, Belgium: Springer, 2013. P. 1; http://www.ichs2013.com/images/papers/231.pdf
Gai G., Kudriakov S., Rogg B. et al. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44 (31). P.17015; https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.04.225
Alekseev V. PhD. Theses. Lund, Sweden: Lunds Univ., 2015.
Linteris G.T., Babushok V. // Proc. Combust. Inst. 2009. V. 32. P. 2535.
Герасимов И Е., Князьков Д.А., Шмаков А.Г. и др. // Физика горения и взрыва. 2011. Т. 47. № 1. С. 3.
Азатян В.В., Сайкова Г.Р., Балаян Г.В., Пугачев Д.В. // ЖФХ. 2015. Т. 89. № 3. С. 385.
Коробейничев О.П., Шмаков А.Г., Шварцберг В.М. и др. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 5. С. 22.
Большова Т.А., Коробейничев О.П. // Физика горения и взрыва. 2006. Т. 42. № 5. С. 3.
CHEMKIN-Pro 15112. CK-TUT-10112-1112-UG-1. San Diego: Reaction Design, 2011.
Keromnes A., Metcalfe W.K., Heufer K.A. et al. // Combust. and Flame. 2013. V. 160. P. 995.
Власов П.А., Смирнов В.Н., Тереза А.М. // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 6. С. 35.
Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 8. С. 66.
Goos E., Burcat A., Ruscic B. Rep. ANL 05/20, TAE 960. 2016; http://garfield.chem.elte.hu/Burcat/burcat. html
Yakovenko I., Kiverin A., Melnikova K. // Fluids. 2021. V. 6. P. 21.
Семёнов Н.Н. Цепные реакции. М.: Госхимтехиздат, 1934.