Особенности горения пропано-воздушной смеси в закрытом цилиндрическом канале
Автор: Ксения Михайловна Моисеева
Соавторы: Крайнов А. Ю., Кантарбаева А.
Организация: Томский государственный университет
Численно исследуется горение пропано-воздушной смеси в закрытом узком цилиндрическом канале. Целью исследования является определение формы пламени и видимой скорости горения пропано-воздушной смеси в зависимости от содержания пропана в смеси и радиуса канала.
Модель горения пропано-воздушной смеси основана на модели, представленной в [1]. Математическая постановка задачи описывается уравнениями созранения массы, импульса и энергии с учетом диффузии компонентов смеси, теплопроводности, химического реагирования. Система уравнения записывается в двухмерном приближении в цилиндрических координатах в консервативной форме. Метод решения задачи основан на алгоритме [2].
Результаты расчетов представлены на рис. 1 – 2. Согласно рис. 1 при горении пропано-воздушной смеси с содержанием пропана меньше стехиометрического в закрытом канале радиуса 2 см форма пламени способна меняться за счет сложной картины течения газа, возникающего при его тепловом расширении. Уменьшение объемного содержания пропана с 3.5 % до 3% приводит к снижению видимой скорости распространения пламени. Кроме того, наблюдаемое для 3.5 % смеси изменение формы пламени не было обнаружено для 3% смеси (рис. 1).
Расчет закономерностей горения смеси стехиометрического состава в закрытом канале радиуса 1.5 см (рис. 2) показал возможность формирования тюльпанообразного пламени. Скорость распространения пламени при этом имеет колебательный характер с периодическим ускорением и замедлением пламени.
Подобные результаты для газовых смесей с содержанием горючего близким к стехиометрическому описаны, в частности, в [3].
Исследование выполнено при поддержке стипендии Президента (проект № СП-134.2022.1).
1. Moiseeva K M, Krainov A Yu, Krainov D A Numerical investigation on burning rate of propane-air mixture// IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. 696. 012011.
2. Van Leer B. Towards the ultimate conservative difference scheme. V. A second-order sequel to Godunov's method // Journal of Computational Physics. 1979. V.1. No. 32. Pp. 101–136.
3. Алексеев М.М., Семенов О.Ю. Физическое моделирование тюльпанообразного пламени при горении газов в цилиндрической вертикальной трубе // Вестник кибернетики. 2021. Т. 41. №1. С.63-70.