Speakers
Description
В современной энергетике в качестве альтернативного вида топлива всё больше внимания уде-ляется водороду. В этой связи возникает ряд вопросов касательно безопасности водородных топлив-ных элементов [1]. Другим аспектом горения в плоских зазорах являются микроэлектромеханические системы, способные обеспечивать энергией космические исследовательские аппараты [2].
Данное экспериментальное исследование изучает вопрос распространения бедных водородно-воздушных пламён в узких зазорах, аналогичных ячейкам Хеле-Шоу [3]. В работе изучается влияние концентрации водорода в водородно-воздушной смеси и величины зазора на характер распространения пламени. При варьировании вышеописанных параметров могут меняться режимы горения, скорость фронта пламени, а также может возникать затухание пламени. В работе исследовались концентрации в 10, 12, 15 об.% H$_2$ при зазорах в 3, 5, 7 мм.
Экспериментальная установка представляла из себя узкую цилиндрическую камеру с централь-ным искровым воспламенителем. Сверху объём камеры закрыт стеклом марки КИ, прозрачным в ИК диапазоне от 1 до 3 мкм, что при основной длине волны излучения паров воды, равной 2,7 мкм позво-ляет образующиеся при горении пары регистрировать инфракрасной камерой. Схема установки пред-ставлена на рис. 1.
В работе обнаружены два режима горения. Первый режим на рис. 2а – дефлаграционный фронт пламени. Он характерен для сравнительно высоких концентраций водорода и представляет собой связную складчатую зону реакции. Для каждого набора параметров концентрации и толщины зазора определены видимая скорость фронта пламени, коэффициент складчатости, определяемый как $\sigma = \frac{\Pi}{2 \pi R_{ср}}$, отношение настоящего периметра фронта к длине окружности того же среднего радиуса. Коэффициент менялся в диапазоне $\sigma = 1,35÷1,6.
Второй режим на рис. 2б характерен для ультрабедных смесей и представляет собой распространение пламени в виде отдельных независимых очагов. В работе определены скорости движения очагов, а также критическая толщина зазора и концентрация, при которых происходит смена режи-мов горения.
Толщина зазора и концентрации смесей определяют отношение выделившегося тепла к теплопотерям. По полученным инфракрасным изображениям построены радиальные функции интенсивности излучения, позволяющие оценить скорость остывания продуктов сгорания за фронтом.
- Kuznetsov, M., Grune, J. Experiments on combustion regimes for hydrogen/air mixtures in a thin layer geometry / M. Kuznetsov, J. Grune // International Journal of Hydrogen Energy. – 2019, V. 44, no. 17, pp. 8727-8742.
- Chigier, N. A review of micro propulsion technology / 41st Aerospace sciences meeting and exhibit. – 2003. – С. 670.
- Москалёв, П. В. Классификация и динамика ультрабедных водородо-воздушных пламен в горизонтальных цилиндрических ячейках Хеле-Шоу / П. В. Москалёв, В. П. Денисенко, И. А. Кириллов. – 2023, Т. 164, № 1. С. 117–128
