PROPAGATION OF TURBULENT FLAME FRONT IN HYDROGEN-AIR MIXTURES
Keywords:
сombustion,, self-acceleration,, hydrogen,, turbulence,, Kolmogorov lawAbstract
Combustion front behavior during hydrogen/air mixtures deflagration in cylindrical envelopes was experimentally studied using ionization gauges and infrared photography. Hydrogen/air mixtures of various concentrations were filled in the polyethylene envelope of 4.5 m3 and ignited with exploding wire of 5 J energy. Dynamics of the combustion front acceleration was analyzed by the time histories of combustion front position. The results are explained by the model based on the Kolmogorov law.
References
(1) Groethe M., Merilo E., Colton J., Chiba S., Sato Y., Iwabuchi H. Large-scale hydrogen deflagrations and detonations // Int. J. Hydrogen Energy. 2007. № 32. С. 2125–2133.
(2) Петухов В.А., Бублик Н.П., Гусев П.А., Гуткин Л.Д., Солнцев О.И. Влияние энергии инициирования на развитие горения водородно-воздушных смесей в больших сферических объемах // Теплофизика высоких температур. 2016. № 54(1). С. 92-98.
(3) Sato Y., Iwabuchi H., Groethe M., Merilo E., Chiba S. Experiments on hydrogen deflagration // J. Power Sources. 2006. № 159. С. 144–148.
(4) Мольков В.В., Макаров Д.В., Жумбаев М.Р., Мансуров З.А. Численное моделирование крупномасштабных водородо-воздушных взрывов в закрытом сосуде и открытой атмосфере // Горение и плазмохимия. 2005. № 3(3). С. 185-196.
(5) Kim W.K., Mogi T., Dobashi R. Flame acceleration in unconfined hydrogen/air deflagrations using infrared photography // J. Loss Prev. Process Ind. 2013. № 26. С. 1501–1505.
(6) Гостинцев Ю.А., Истратов А.Г., Шуленин Ю.В. Автомодельный режим распространения свободного турбулентного пламени в перемешанных газовых смесях // Физика горения и взрыва. 1988. № 5. С. 63-70.
(7) Bradley D., Cresswell T.M., Puttock J.S. Flame acceleration due to flame-induced instabilities in large-scale explosions // Combust. Flame. 2001. № 124(4). С. 551–559.
(8) Гостинцев Ю.А., Шацких Ю.В., Шуленин Ю.В., Фортов В.Е. Эволюция свободных турбулентных сферических газовых пламен и обобщенные законы Колмогорова-Обухова // Химическая физика. 2008. Т. 27. № 6. С. 27-32.
(9) Breitung W., Dorofeev S., Kotchourko A. et al. Integral large scale experiments on hydrogen combustion for severe accident code validation-HYCOM // Nucl. Eng. Des. 2005. № 235. P. 253–270.
(10) Dorofeev S.B., Sidorov V.P., Dvoinishnikov A.E., Breitung W. Deflagration to detonation transition in large confined volume of lean hydrogen-air mixtures // Combust. Flame. 1996. № 104. С. 95–110.
(11) Akkerman V., Law C.K., Bychkov V. Self-similar accelerative propagation of expanding wrinkled flames and explosion triggering // Phys. Rev. E. 2011. № 83. С. 1–6.
(12) Karlin V., Sivashinsky G. Asymptotic modelling of self-acceleration of spherical flames // Proc. Combust. Inst. 2007. № 31. С. 1023–30.
(13) Kim W.K., Mogi T., Kuwana K., Dobashi R. Self-similar propagation of expanding spherical flames in large scale gas explosions // Proc. Combust. Inst. 2015. № 35. С. 2051–2058.
(14) Liberman M.A., Ivanov M.F., Peil O.E., Valiev D.M., Eriksson L.E. Self-acceleration and fractal structure of outward freely propagating flames // Phys. Fluids. 2004. № 16. С. 2476–2482.
(15) Pan K.L., Fursenko R. Characteristics of cylindrical flame acceleration in outward expansion // Phys. Fluids. 2008. № 20. 094107.
(16) Wada Y., Kuwana K. A numerical method to predict flame fractal dimension during gas explosion // J. Loss Prev. Process Ind. 2013. № 26. С. 392–395.
(17) Wu F., Jomaas G., Law C.K. An experimental investigation on self-acceleration of cellular spherical flames // Proc. Combust. Inst. 2013. № 34. С. 937–945.
(18) Гостинцев Ю.А., Фортов В.Е., Шацких Ю.В. Автомодельный закон распространения и фрактальная структура поверхности свободного расширяющегося турбулентного сферического пламени // Доклады Академии Наук. 2004. Т. 397. № 1. С. 68-71.
(19) Колмогоров А.Н. Рассеяние энергии при локально изотропной турбулентности // Доклады АН СССР. 1941. Т. 32. С. 19-21.
