519.63; 536.2; 544.45 Моделирование влияния лучистых теплопотерь на условия зажигания газа накаленной проволокой

Донской И. Г. (Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН)

ТЕПЛОВОЙ ВЗРЫВ, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС, ЗАКОН СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА


doi: 10.18698/2309-3684-2025-1-4456


Цель работы состоит в теоретическом определении условий зажигания реагирующей газовой среды вблизи инертной металлической проволоки, нагреваемой с постоянной интенсивностью (например, пропусканием электрического тока). Такая постановка соответствует типичным условиям испытаний реакционной способности горючих газов. Для стационарных условий записываются приближенные уравнения баланса массы и энергии. Ключевыми параметрами являются реакционная способность, коэффициенты тепломассообмена и подвод теплоты. Полученная система уравнений численно решается для широкого диапазона условий (интенсивность тепловыделения, размеры области, интенсивность лучистого теплообмена). Известно, что системы уравнений такого типа могут иметь несколько стационарных решений: соответствующие низкотемпературному, медленному протеканию реакции; и высокотемпературные решения, или режимы с горением. Устойчивое зажигание реализуется в случае, когда низкотемпературная ветвь решений становится неустойчивой. С помощью метода деления отрезка пополам определяются критические значения параметра реакционной способности, соответствующие устойчивому зажиганию. Обсуждается зависимость условий зажигания от условий теплообмена.


[1] Thornton W.M. The ignition of gases by hot wires. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 1919, vol. 38, pp. 613-633.
[2] Kumagai S., Kimura I. Ignition of flowing gases by heated wires. Symposium (International) on Combustion, 1957, vol. 6, pp. 554-558.
[3] Ashman L.E., Buchler A. The ignition of gases by electrically heated wires. Combustion and Flame, 1961, vol. 5, pp. 113-121.
[4] Buckel J.W., Chandra S. Hot wire ignition of hydrogen-oxygen mixtures. International Journal of Hydrogen Energy, 1996, vol. 21, pp. 39-44.
[5] Зельдович Я.Б. Избранные труды. Химическая физика и гидродинамика. Москва, Наука, 1984, 374 с.
[6] Yang C.H. Theory of ignition and autoignition. Combustion and Flame, 1962, vol. 6, pp. 215-225.
[7] Дик И.Г. Границы вырождения теплового взрыва в системе с дополнительным источником тепла. Физика горения и взрыва, 1980, № 1, с. 133-136.
[8] Sabia P., de Joannon M., Lavadera M.L., Giudicianni P., Ragucci R. Autoignition delay times of propane mixtures under MILD conditions at atmospheric pressure. Combustion and Flame, 2014, vol. 161, pp. 3022-3030.
[9] Laurendeau N.M. Thermal ignition of methane-air mixtures by hot surfaces: A critical examination. Combustion and Flame, 1982, vol. 46, pp. 29-49.
[10] Kordylewski W. Influence of aerodynamics on the critical parameters of thermal ignition. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1981, vol. 17, no. 7, pp. 1081-1091.
[11] Rader C.G., Weller S.W. Ignition on catalytic wires: Kinetic parameter determination by the heated-wire technique.AIChEJ, 1974, vol. 20, no. 3, pp. 515-522.
[12] Trevino C., Linan A., Kurdyumov V. Autoignition of hydrogen/air mixtures by a thin catalytic wire. Proceedings of the Combustion Institute, 2000, vol. 28, no. 1, pp. 1359-1364.
[13] Trevino C., Higuera F.J., Linan A. Transient ignition and combustion of diluted hydrogen/air mixtures by a thin catalytic wire. Proceedings of the Combustion Institute, 2002, vol. 29, pp. 981-988.
[14] T'ien J.S. Diffusion flame extinction at small stretch rates: The mechanism of radiative loss. Combustion and Flame, 1986, vol. 65, no. 1, pp. 31-34.
[15] Kuznetsov G.V., Syrodoy S.V., Kostoreva Zh.A., Nigay N.A., Purin M.V., Karelin V.A., Salomatov V.V. Analysis of the influence of the type of heat transfer on the dynamics of the ignition processes of wood biomass particles under complex heating conditions. Combustion and Flame, 2024, vol. 262, pp. 113353.
[16] Snegirev A.Yu. Perfectly stirred reactor model to evaluate extinction of diffusion flame. Combustion and Flame, 2015, vol. 162, no. 10, pp. 3622-3631.
[17] Imamura T., Uehara K., Nakata K., Maruyama S., Kuwana K. Quasi-steady characteristics of flowing propane/air mixture ignited by a heated surface. Fire Safety Journal, 2021, vol. 120, pp. 103025.
[18] Rubtsov N.M., Chernysh V.I., Tsvetkov G.I., Troshin K.Ya., Shamshin I.O. Surface modes of catalytic ignition of flammable gases over noble metals. Mendeleev Communications, 2022, vol. 32, pp. 564-566.
[19] Гайнутдинов Р.Ш., Воробьев Е.С., Асадуллина Г.Я. Тепловой взрыв полого цилиндра. ФГВ, 1999, т. 35, № 2, с. 65-67.
[20] Бостанджиян С.А. Тепловой взрыв кольцевого слоя при граничных условиях третьего рода. ФГВ, 2011, т. 47, № 6, с. 56-61.
[21] Гайнутдинов Р.Ш. Тепловой взрыв пластины при граничных условиях второго и третьего родов. ФГВ, 2001, № 2, с. 74-76.
[22] Merzhanov A.G., Averson A.E. The present state of the thermal igntion theory: an invited review. Combustion and Flame, 1971, vol. 16, pp. 89-124.
[23] Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. Москва, Наука, 1987, 502 с.
[24] Теплоэнергетика и теплотехника. Справочная серия. В четырех книгах. Книга 2. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент / Под общей редакцией Григорьева В.А., Зорина В.М.. Москва, Энергоатомиздат, 1988, 560 с.
[25] Донской И.Г. Стационарное уравнение теплового взрыва в среде с распределенной энергией активации: численное решение и приближения. iPolytech Journal, 2022, т. 26, № 4, с. 626-639.
[26] Деревич И.В., Фокина А.Ю. Математическая модель катализатора синтеза с локальными центрами реакции. Математика и математическое моделирование, 2017, № 3, с. 13-31.


Донской И.Г. Моделирование влияния лучистых теплопотерь на условия зажигания газа накаленной проволокой. Математическое моделирование и численные методы, 2025, № 1, с. 44–56.


Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00406 (https://rscf.ru/project/23-29-00406/).


Скачать статью

Количество скачиваний: 2