Effect of Impurities on Lean Laminar Hydrogen–air Flames

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

doi:10.31857/S0207401X23120130

Effect of Impurities on Lean Laminar Hydrogen–air Flames

Authors: Terezaa A.M.¹, Agafonova G.L.¹, Anderzhanov E.K.¹, Betev A.S.¹, Medvedev S.P.¹, Mikhalkin V.N.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 12 (2023)
Pages: 48-53
Section: Combustion, explosion and shock waves
URL: https://ruspoj.com/0207-401X/article/view/675010
DOI: https://doi.org/10.31857/S0207401X23120130
EDN: https://elibrary.ru/QKYMBI
ID: 675010

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

Simulations of the effect of addition of H, O, OH, HO2, and H2O2 on the structure and propagation
of laminar flames in lean (12 and 15%) hydrogen-air flames are performed at pressures of 1 and 6 bar. It
is found that impurities in concentrations of no more than 0.1% do not have any significant effect on laminar
burning velocity. When initial temperature is increased to 400 K, the effect of impurities becomes even
weaker. Among the impurities under study, only the addition of OH reduces the laminar flame velocity. The
weak effect of the impurities is attributed to fast formation of intermediate products via reactions involving O
and H atoms without noticeable change in heat release rate. An increase in initial pressure to 6 bar does not
change the effect of impurities.

Keywords

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

References

Rogers R.C., Schexnayder C.J., Jr. // VA. Paper 1856. NASA: Hampton, 1981.
Заманский В.М., Борисов А.А. // Итоги науки и техники. Сер. кинетика и катализ. Т. 19. М.: ВИНИТИ, 1989.
Аветисян А.А., Азатян В.В., Калачев В.И. и др. // Кинетика и катализ. 2007. Т. 48. № 1. С. 12.
Коробейничев О.П., Шмаков А.Г., Шварцберг В.М. и др. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 5. С. 22.
Азатян В.В., Сайкова Г.Р., Балаян Г.В., Пугачев Д.В. // ЖФХ. 2015. Т. 89. № 3. С. 385.
Urzay J., Kseib N., Davidson D.F., Iaccarino G., Hanson R.K. // Combust. and Flame. 2014. V. 161. № 1. P. 1.
Власов П.А., Смирнов В.Н., Тереза А.М. // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 6. С. 35.
Азатян В.В., Прокопенко В.М., Абрамов С.К. // ЖФХ. 2019. Т. 93. № 4. С. 622
Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 3. С. 70.
Shebeko Yu.N., Azatyan V.V., Bolodian I.A. et al. // Combust. and Flame. 2000. V. 121. P. 542.
Большова Т.А., Коробейничев О.П. // Физика горения и взрыва. 2006. Т. 42. № 5. С. 3.
Linteris G.T., Babushok V. // Proc. Combust. Inst. 2009. V. 32. P. 2535.
Шебеко Ю.Н., Шебеко А.Ю. // Пожарная безопасность. 2014. № 2. С. 106.
Glukhov I.S., Shebeko Yu.N., Shebeko A.Yu., Zuban A.V. // J. Loss Prev. Process. Ind. 2020. V. 66. P. 104195.
Азатян В.В. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 3. С. 291.
Azatyan V.V., Shebeko Yu.N., Shebeko A.Yu. et al. // J. Loss Prev. Process. Ind. 2007. V. 20. № 4‒6. P. 494.
Shebeko A.Yu., Shebeko Yu.N., Golov N.V., Zuban A.V., Yurkin A.A. // J. Loss Prev. Process. Ind. 2017. V. 46. P. 195.
Sinev M.Yu. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2007. V. 1. № 4. P. 412.
Dryer F.L., Chaos M. // Combust. and Flame. 2008. V. 152. P. 293.
Chaos M., Dryer F.L. // Comb. Sci. Tech. 2008. V. 180. № 6. P. 1053.
Schonborn A., Sayad P., Konnov A.A., Klingmann J. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2014. V. 39. № 23. P. 12 166.
Азатян В.В., Абрамов С.К., Борисов А.А., Прокопенко В.М., Чапышева Н.В. // ЖФХ. 2013. Т. 87. № 3. С. 409
Азатян В.В., Ведешкин Г.К., Филатов Ю.М. // Вестн. РАН. 2019. Т. 89. № 3. С. 279.
Налбандян А.Б., Воеводский В.В. Механизм окисления и горения водорода. М.: Изд-во АН СССР, 1949.
Кондратьев В.Н., Никитин Е.Е. Кинетика и механизм газофазных реакций. М.: Наука, 1974.
Забайкин В.А., Perkov E.V., Tret’yakov P.K. // Физика горения и взрыва. 1997. Т. 33. № 3. С. 70.
Козлов С.Н., Александров Е.Н., Кузнецов Н.М., Маркевич Е.А. // Хим. физика. 2013. Т. 32. № 11. С. 75.
Александров Е.Н., Маркевич Е.А., Козлов С.Н., Частухин Д.С., Кузнецов Н.М. // Физика горения и взрыва. 2013. Т. 49. № 1. С. 3.
Маркевич Е.А., Козлов С.Н., Александров Е.Н., Кузнецов Н.М. // Хим. физика. 2014. Т. 33. № 6. С. 47.
Rubtsov N.M. Key Factors of Combustion. From Kinetics to Gas Dynamics. Cham, Switzerland: Springer, 2017.
Tingas E.Al., Kyritsis D.C., Goussis D.A. // J. Energy Eng. 2019. V. 145(1). P. 04018074.
Cantwell B.J. // Annu. Rev. Fluid Mech. 1981. V. 13. P. 457.
Репик Е.У., Соседко Ю.П. Турбулентный пограничный слой. М.: Физматлит, 2007.
Hu E., Pan L., Gao Z. et al. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2016. V. 41. P. 13261.
Mulvihill C.R., Petersen E.L. // Proc. Combust. Inst. 2019. V. 37. Issue 1. P. 259; https://doi.org/10.1016/j.proci.2018.05.024
Abagyan A.A., Adamov E.O., Burlakov E.V. // Proc. IAEA Conf. (Intern.). IAEA-J4-TC972. Vienna, Austria: Springer, 1996. P. 46.
Saji G. // Nucl. Eng. Des. 2016. V. 307 P. 64; https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2016.01.039
Von Sonntag C., Schuchmann H.-P. // Methods Enzymol. 1994. V. 233. P. 3; https://doi.org/10.1016/S0076-6879(94)33004-2
Macdonald D.D., Engelhardt G.R., Petrov A.A // Corros. Mater. Degrad. 2022. V. 3. P. 470; https://doi.org/10.3390/cmd3030028
CHEMKIN-Pro 15112. CK-TUT-10112-1112-UG-1. Reaction Design: San Diego, 2011.
Keromnes A., Metcalfe W.K., Heufer K.A. et al. // Combust. and Flame. 2013. V. 160. P. 995.
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. New NASA thermodynamic polynomials database with active thermochemical tables updates. Argonne Natl. Labor., Tech.-Israel Inst. Technol., Chicago, IL, Tel-Aviv. Rep. ANL 05/20, TAE 960. 2016; http://garfield.chem.elte.hu/Burcat/burcat.html
Grune J., Sempert K., Haberstroh H., Kuznetsov M., Jordan T. // J. Loss Prev. Process. Ind. 2013. V. 26. P. 317.
Yakovenko I.S., Ivanov M.F., Kiverin A.D., Melnikova K.S. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2018. V. 43. P. 1894; https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.11.138
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
Яковенко И.С., Медведков И.С., Киверин А.Д. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 1.
Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 8. С. 68.
Qiao L., Kim C.H., Faeth G.M. // Combust. and Flame. 2005. V. 143. P. 79.
Sanchez A.L., Williams F.A. // Progr. Energy Combust. Sci. 2014. V. 41. P. 1.
Коробейничев O.П., Шмаков А.Г., Рыбицкая И.В. и др. // Кинетика и катализ. 2009. Т. 50. № 2. С. 170.
Козлов С.Н., Тереза А.М., Медведев С.П. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 8. С. 34.