Investigation of hydrogen-oxygen mixture ignition behind the shock wave front: experiment and numerical simulation
The results of experimental study and numerical simulation of kinetics of hydrogen-oxygen mixtures ignition behind the shock wave front are presented. The simulation involves the use of a data base for rate constants of chemical reactions, which includes processes in view of electronically excited components OH*(2Σ+), O*(1D), and O2*(1Δ), and the emission model taking into account the possibility of self-absorption. The calculated time required to reach the maximum of intensity of radiation of excited OH* radical at wavelength λ= 306.4 nm, as well the picture of emission after ignition are in adequate agreement with experimentally measured values. The reasonable accordance (by factor 1.5) between the measured time of OH* emission maximum meeting and the calculated one was obtained. Comparison of modeling results with experimental data make it possible to define more exactly the optical and chemical models.
Приведены результаты экспериментального исследования и численного моделирования кинетики воспламенения водородо-кислородных смесей, разбавленных аргоном, за фронтом падающих ударных волн. В работе была использована созданная ранее база данных по константам скоростей химических реакций, включающая процессы с участием электронно-возбуждённых компонентов OH*(2Σ+), O*(1D), O2*(1Δ), и модель излучения, учитывающая возможность его самопоглощения в воспламеняющемся газе. Рассчитаны временная эволюция и времена достижения максимума интенсивности излучения возбуждённого радикала OH* на длине волны λ=306.4 нм, отсчитываемые от фронта волны. В проведенных экспериментах регистрировались развёртки интенсивности излучения во времени. Рассчитанные развёртки согласуются с полученными в опытах, а вычисленные положения максимумов интенсивности излучения с точностью до множителя 1.5 совпадают с измеренными. Уточнены параметры оптической и химической моделей реагирующей смеси.
1. Скребков О.В., Мягков Ю.П., Каркач С.П., Васильев В.М., Смирнов А.Л. Механизм образования возбуждённого радикала OH*(2Σ+) при воспламенении ударной волной разбавленной смеси Н2 + О2 // Докл.РАН.. Сер. Физ. Химия.. 2002. Т. 383. № 6. С. 1-4.
2. Skrebkov O.V., Karkach S.P., Vasil’ev V.M., Smirnov A.L. Hydrogen-Oxygen Reactions Behind Shock Waves Assisted by OH*(2Σ+) Formation // Chem Phys Letters. 2003. V. 375. P. 413-418.
3. Смехов Г.Д., Ибрагимова Л.Б., Каркач С.П., Скребков О.В., Шаталов О.П. Численное моде-лирование воспламенения водородо-кислородной смеси с учётом электронно-возбуждённых компонентов// Теплофизика высоких температур. 2007. Т. 45. № 3. С. 440-452.
4. Смехов Г.Д. Эффективные алгоритмы расчёта состояний многокомпонентного реагирующего газа в газовой динамике // Матем. моделирование. 1993. Т. 5. № 2. С. 104-118.
5. Смехов Г.Д. Равновесие и кинетика в химически реагирующем многотемпературном газе при заданных температурах подсистем // Хим. физика. 1999. Т. 18. № 6. С. 26-35.
6. Shultz E., Shepherd J. Validation of Detailed Reaction Mechanisms for Detonation Simulation. Graduate Aeronautical Laboratories. Explosion Dynamics Laboratory. Report FM99-5. California. Pasadena. CA: Institute of Technology. 2000. 242 p.
7. Ryu S., Hwang S.M., Rabinowitz M.J. Shock Tube and Modeling Study of the H+O2 =OH+O Reaction over a Wide Range of Composition, Pressure and Temperature // J. Phys. Chem. 1995. V. 99. № 38. P.13984-13991.
8. Кузьменко Н.Е., Кузнецова Л.А., Кузяков Ю.Я. Факторы Франка – Кондона двухатомных молекул. М.: Изд-во Московск. ун-та. 1984. 344 стр.
9. Ibraguimova L.B., Smekhov G.D., Shatalov O.P. Recommended Rate Constants of Chemical Reac-tions in H2-O2 Gas Mixture with Electronically Excited Species O2(1Δ), O(1D), OH(2Σ) Involved. // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2003. Т.1. 31 с. (http://www.chemphys.edu.ru).
10. Азатян В.В., Павлов В.А., Шаталов О.П. Ингибирование горения и детонации водородо-воздушных смесей за фронтом ударной волны // Кинетика и катализ. 2005. Т. 46. № 6. С. 835-846.
11. Smekhov G.D., Shatalov O.P. Modeling of Hydrogen-Oxygen Mixture Combustion and Calculation of the Ignition Time. CD Proc. of the Europ. Conf. for Aerospace Sciences, July. Moscow. Russia. July 4-7, 2005. 6 p.
