Влияние состава горючих смесей на основе водорода на режимы воспламенения и горения

Исследованы процессы воспламенения и горения газовых смесей на основе водорода в условиях варьирования состава. Цель исследования - анализ влияния состава указанных смесей на развитие процессов воспламенения и обеспечение оптимальных режимов горения. Исследования проводились методами вычислительной газовой динамики. Выполнялось численное решение системы уравнений Навье - Стокса без использования моделей турбулентности. Получены следующие результаты: 1) на основе концепции Я.Б. Зельдовича о спонтанной волне горения определена величина нижнего концентрационного предела воспламенения водородо-воздушной смеси, устойчивого по отношению к газодинамическим возмущениям, инициированным протеканием экзотермических реакций при воспламенении; 2) детально описан механизм образования очагов самовоспламенения водорода при его истечении через раскрывающуюся диафрагму под высоким давлением (60 атм) в канал, заполненный воздухом; 3) продемонстрировано подавление детонационных режимов сгорания околостехиометрических смесей на основе водорода в двигателе с искровым зажиганием за счет использования малых в объемном соотношении добавок низкоактивных компонент: метана, водяного пара, избытка воздуха. Применена методика определения нижнего концентрационного предела воспламенения, основанная на концепции Я.Б. Зельдовича о спонтанной волне горения. Дано описание ранее не обсуждаемого механизма образования очагов самовоспламенения при истечении водорода под высоким давлением в канал при учете конечного времени раскрытия диафрагмы, разделяющей камеру высокого давления и канал. Предложен метод подавления детонационных режимов горения в двигателе с искровым зажиганием, работающем на водороде, состоящем в использовании малых по объему добавок низкоактивных компонент к водороду. Результаты работы могут быть применены для теоретического анализа принципиальной возможности воспламенения газовых смесей различных составов, разработки устройств для безопасного хранения водорода, проектировании перспективных компонентов энергетики, использующих газообразный водород в качестве топлива.