Численное моделирование воспламенения смеси метана и ацетилена с воздухом



Numerical simulation of ignition mixtures of methane and acetylene with air

The research object is the process of ignition in mixtures of methane and acetylene with air. The promoting effect of the addition of acetylene on the ignition of these mixtures has been demonstrated. The effect of the additive on the acceleration of ignition is noticeable; the tem-perature of the lower boundary of the region of rapid ignition of methane is found. The results of numerical simulation of chemical kinetics in the mixtures under consideration are presented, which make it possible to determine the conditions of non-ignition and ignition in methane-acetylene mixtures with air. In experiments carried out at the Research Institute of Mechanics of Moscow State University. For the given values of the methane concentration, the two clos-est values of the acetylene concentration were found. At a lower value, the mixture did not ig-nite, and at a higher value, it ignited. In the calculations, at a lower value of the acetylene con-centration, the non-ignition temperature was found, and at a higher value, the ignition temperature. Thus, numerical simulation made it possible to satisfactorily explain the experi-mental data.

combustible mixture, methane, acetylene, air, ignition

Владимир Алексеевич Левин, Наталья Евгеньевна Афонина, Геннадий Дмитриевич Смехов, Александр Николаевич Хмелевский

Том 23, выпуск 2, 2022 год



Объектом исследования является процесс воспламенения в смесях метана и ацетилена с воздухом. Продемонстрировано промотирующее влияние добавки ацетилена на воспла-менение этих смесей. Заметно влияние добавки на ускорение воспламенения, найдена температура нижней границы области быстрого воспламенения метана. Приведены ре-зультаты численного моделирования химической кинетики в рассматриваемых смесях, позволяющие определить условия невоспламенения и воспламенения в метано-ацетиленовых смесях с воздухом. Для заданных значений концентраций метана находи-лись два ближайших значения концентрации ацетилена. При меньшем значении смесь не воспламенялась, а при большем воспламенялась. В расчётах при меньшем значении концентрации ацетилена находилась температура невоспламенения, при большем - тем-пература воспламенения. Таким образом, численное моделирование позволило удовле-творительно объяснить экспериментальные данные.

горючая смесь, метан, ацетилен, воздух, воспламенение

Владимир Алексеевич Левин, Наталья Евгеньевна Афонина, Геннадий Дмитриевич Смехов, Александр Николаевич Хмелевский

Том 23, выпуск 2, 2022 год




1. Афонина Н.Е., Смехов Г.Д., Хмелевский А.Н. Высокотемпературное окисление метана: при-знаки воспламенения и время индукции. Отчёт № 5381. НИИ механики МГУ. 2017 г. 22 С.
2. Афонина Н.Е., Смехов Г.Д., Хмелевский А.Н. Расчёт времени индукции при высокотемпера-турном окислении метана. Отчёт № 5415. НИИ механики МГУ. 2018. 30 С.
3. Афонина Н.Е., Смехов Г.Д., Хмелевский А.Н. Расчёт времени индукции при высокотемпера-турном окислении метана//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2018. Т. 19. вып. 4. http://chemphys.edu.ru/issues/2018-19-4/articles/788/
4. Афонина Н.Е., Смехов Г.Д., Хмелевский А.Н. Высокотемпературное окисление метана
//Вестник Евразийского национального университета им. Л, Н. Гумилёва. Серия Математика. Информатика. Механика. 2018. Т. 125. № 4. С.120-124.
5. Левин В.А., Афонина Н.Е., Громов В.Г., Мануйлович И.С., Марков В.В., Смехов Г.Д., Хме-левский А.Н. Концентрационные пределы пламени в метано-воздушных смесях с углеводо-родными добавками//Горение и плазмохимия. 2016. Т. 14. № 4. С. 258-267.
6. Бочков М.В., Ловачёв Л.А., Четверушкин Б.Н. Химическая кинетика образования NOx при горении метана в воздухе//Матем. моделирование. 1992. Т. 4. № 9. С. 3-36.
7. Смехов Г.Д. Эффективные алгоритмы расчёта состояний многокомпонентного реагирующего газа в газовой динамике//Матем. моделирование. 1993. Т. 5. № 2. С. 104.
8. Смехов Г.Д. Равновесие и кинетика в химически реагирующем многотемпературном газе при заданных температурах подсистем//Химическая физика. 1999. Т. 18. № 6. С. 26.
9. Смехов Г.Д., Хмелевский А.Н. Исследование альтернативных механизмов образования окиси азота при горении. Отчёт № 4421. НИИ механики МГУ. 1995. 45 С.
10. Левин В.А., Смехов Г.Д., Хмелевский А.Н. Численное моделирование образования окиси азота при горении метано-воздушных смесей//Физика горения и взрыва.1997. Т. 33. № 1. С. 12-23.
11. Левин В.А., Смехов Г.Д., Хмелевский А.Н. Образование окиси азота в различных группах реакций при горении метано-воздушных смесей. Тезисы докладов Всероссийской научной конференции «Физико-химические проблемы сжигания углеводородных топлив». Россия. Москва, 20-22 мая 1998 г. С. 149-150.
12. Ибрагимова Л.Б., Смехов Г.Д., Диковская Г.С. Определение константы скорости диссоциа-ции молекул CN за фронтом сильных ударных волн//Химическая физика. 2000. Т. 19. № 8. С. 57-67.
13. Смехов Г.Д., Ибрагимова Л.Б., Каркач С.П., Скребков О.В., Шаталов О.П. Численное моде-лирование воспламенения водородно-кислородной смеси с учётом электронно-возбуждённых компонентов//Теплофизика высоких температур. 2007. Т. 45. № 3. С. 440- 452.