Влияние состава газомоторных топлив на их детонационные характеристики

К.Я. Трошин; А.А. Беляев; А.В. Арутюнов; В.С. Арутюнов

doi:10.18321/cpc24(2)109-117

Авторы

К.Я. Трошин Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, ул. Косыгина, 4, Москва, Россия
А.А. Беляев Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, ул. Косыгина, 4, Москва, Россия
А.В. Арутюнов Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, ул. Косыгина, 4, Москва, Россия
В.С. Арутюнов Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, ул. Косыгина, 4, Москва, Россия

DOI:

https://doi.org/10.18321/cpc24(2)109-117

Ключевые слова:

природный газ, метан, водород, метановодородные смеси, задержка воспламенения, октановое число, метановое число

Аннотация

Состав газомоторных топлив является важнейшим фактором, определяющим их моторные характеристики. Топливовоздушные смеси в ДВС воспламеняются в области температур ниже 1000 К, в которой механизмы окисления двух важнейших компонентов газовых топлив – метана и водорода сильно отличаются от механизмов их горения при более высоких температурах. Эти изменения связаны с изменением в них роли пероксидных соединений, что приводит к сложной зависимости детонационной стойкости газовых топлив от их состава. Несмотря на то, что эта зависимость хорошо описывается современными кинетическими механизмами и даже может быть рассчитана них основе, практическое определение их детонационной стойкости вызывает серьезные проблемы. Широко используемая в настоящее время «метановая шкала» не имеет под собой теоретического обоснования и не учитывает существенные различия во влиянии водорода и углеводородов С₂₊ на воспламенение и горение метана – основного компонента газовых углеводородных топлив – и в силу этого неадекватна для оценки их детонационной стойкости. Необходимы более подходящие инструменты для оперативной оценки детонационной стойкости газовых топлив, отсутствие которых будет сдерживать их практическое применение.

Библиографические ссылки

(1) Natural Gas as a Motor Fuel. Trends and Prospects (2019). Available online: URL

(2) S. Verhelst, T. Wallner. Hydrogen-fueled internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science 35 (2009) 490-527. Crossref

(3) A. Delorme, A. Rousseau, P. Sharer, S. Pagerit, T. Wallner. Evolution of hydrogen-fueled vehicles compared to conventional vehicles from 2010 to 2045. SAE Paper 2009-01-1008 (2009). Available online: URL

(4) V.S. Arutyunov. Problems and Challenges of Hydrogen Energy. Combustion and Plasma Chemistry 19 (2021) 245-255. Crossref

(5) V.S. Arutyunov. Hydrogen Energy: Importance, Sources, Problems, and Prospects (Review). Petrochemistry 62 (2022) 459-470. Crossref

(6) I.A. Makaryan, I.V. Sedov, E.A. Salgansky, A.V. Arutyunov, V.S. Arutyunov. A comprehensive review on the prospects of using hydrogen-methane blends: challenges and opportunities. Energies 15 (2022) 2265. Crossref

(7) M. Leiker, K. Christoph, M. Rankl, W. Cantellieri, U. Pfeifer. Evaluation of anti-knocking property of gaseous fuels by means of methane number and its practical application to gas engines. ASME-72-DGP-4 (1972). Available online: URL

(8) G. Palmer. Methane number. Journal of Natural Gas Engineering 2 (2017) 134-142. Crossref

(9) K.Ya. Troshin, A.V. Nikitin, A.A. Belyaev, A.V. Arutyunov, A.A. Kiryushin, et al. Experimental Determination of Self-Ignition Delay of Mixtures of Methane with Light Alkanes. Combustion, Explosion, and Shock Waves 55 (2019) 526-533. Crossref

(10) V.S. Arutyunov, K.Ya. Troshin, A.A. Belyaev, A.V. Arutyunov, A.V. Nikitin, et al. Effect of Gas Mixture Composition on the Delay of Their Autoignition and Normal Flame Speed. Combustion and Plasma Chemistry 18 (2020) 61-80.

(11) V.I. Savchenko, A.V. Ozersky, A.V. Nikitin, I.V. Sedov, V.S. Arutyunov. Regularities of Non-Catalytic Partial Oxidation of C1–C4 Hydrocarbons at Temperatures of 1400-1800 K. Combustion and Plasma Chemistry 2 (2026)

(12) V.S. Arutyunov, A.V. Arutyunov, A.A. Belyaev, K.Ya. Troshin. Controlled ignition of low-carbon gas engine fuels based on natural gas and hydrogen: kinetics of the process. Russian Chemical Reviews 92 (2023) RCR5084. Crossref

(13) V. Arutyunov, K. Troshin, A. Nikitin, A. Belyaev, A. Arutyunov, et al. Selective oxycracking of associated petroleum gas into energy fuel in the light of new data on self-ignition delays of methane-alkane compositions. Chemical Engineering Journal 381 (2020) 122706. Crossref

(14) V. Arutyunov, A. Belyaev, A. Arutyunov, K. Troshin, A. Nikitin. Autoignition of methane-hydrogen mixtures below 1000 K. Processes 10 (2022) 2177. Crossref

(15) V. Arutyunov, A. Arutyunov, A. Belyaev, L. Strekova. Knock characteristics of gas fuels in the light of the kinetics of hydrogen and methane oxidation. Eurasian Chemico-Technological Journal 27 (2025) 21-34. Crossref

(16) V.S. Arutyunov, A.V. Arutyunov. On antiknock rating of gas engine fuel. Gas Industry 12(858) (2023) 102-109.

(17) V.S. Arutyunov, A.V. Arutyunov, A.A. Belyaev, L.N. Strekova, K.Ya. Troshin. EFFECT OF TRANSITION FROMLOW-TEMPERATURE TO HIGH-TEMPERATUREMECHANISMS OFMETHANE AND HYDROGEN OXIDATION ON IGNITION OF GASMIXTURES CONTAINING THEM. GORENIE I VZRYV (MOSKVA) – COMBUSTION AND EXPLOSION 16 (2023) 3-13. Crossref

(18) V.N. Smirnov, G.A. Shubin, A.V. Arutyunov, P.A. Vlasov, A.A. Zakharov, et al. Low-Temperature Ignition of Concentrated Syngas Mixtures Behind Reflected Shock Waves. Russian Journal of Physical Chemistry B 16(6) (2022) 1092-1101. Crossref