nguphysСибирский физический журналSIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS2541-9447Новосибирский государственный университет10.25205/2541-9447-2022-17-3-12-21nguphys-208Research ArticleФИЗИКА ЖИДКОСТИ, НЕЙТРАЛЬНЫХ И ИОНИЗОВАННЫХ ГАЗОВPHYSICS OF A FLUID, NEUTRAL AND IONIZED GASESИсследование режимов диффузионного горения микроструи водородаStudy of the Regimes of Diffusive Combustion of a Hydrogen MicrojetКозловВ. В.KozlovV. V.

Козлов Виктор Владимирович, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник; профессор

ул. Институтская, 4/1, Новосибирск, 630090

ул. Пирогова, 2, Новосибирск, 630090

Viktor V. Kozlov, Doctor of Science (Physics and Mathematics), Professor, Principal Researcher; Professor

4/1 Institutskaya Str., Novosibirsk, 630090

2 Pirogov Str., Novosibirsk, 630090

kozlov@itam.nsc.ruЛитвиненкоМ. В.LitvinenkoM. V.

Литвиненко Мария Викторовна, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник; ученый секретарь физического факультета

ул. Институтская, 4/1, Новосибирск, 630090

ул. Пирогова, 2, Новосибирск, 630090

 

Maria V. Litvinenko, Doctor of Science (Physics and Mathematics), Senior Researcher; Scientific Secretary Faculty of Physics

4/1 Institutskaya Str., Novosibirsk, 630090

2 Pirogov Str., Novosibirsk, 630090

litmar@itam.nsc.ruЛитвиненкоЮ. А.LitvinenkoYu. А.

Литвиненко Юрий Алексеевич, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник

ул. Институтская, 4/1, Новосибирск, 630090

Yuriy A. Litvinenko, Doctor of Science (Physics and Mathematics), Senior Scientist

4/1 Institutskaya Str., Novosibirsk, 630090

litur@itam.nsc.ruТамбовцевА. С.TambovtsevA. S.

Тамбовцев Александр Сергеевич, младший научный сотрудник

ул. Институтская, 4/1, Новосибирск, 630090

Alexander S. Tambovtsev, Junior Scientist

4/1 Institutskaya Str., Novosibirsk, 630090

alsetams@gmail.comШмаковА. Г.ShmakovA. G.

Шмаков Андрей Геннадиевич, доктор химических наук, старший научный сотрудник

ул. Институтская, 3, Новосибирск, 630090

Andrey G. Shmakov, Doctor of Science (Chemistry), Senior Scientist; Assistant Professor

3 Institutskaya Str., Novosibirsk, 630090

10 Plakhotny Str., Novosibirsk, 630108

shmakov@kinetics.nsc.ruИнститут теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН; Новосибирский государственный университетРоссияKhristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS; Novosibirsk State UniversityRussian FederationИнститут теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАНРоссияKhristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RASRussian FederationИнститут химической кинетики и горения им. В. В. Воеводского СО РАНРоссияVoevodsky Institute of Chemical Kinetics and Combustion SB RAS; Siberian State University of Geosystem and TechnologyRussian Federation2022151220221731221Copyright © Козлов В.В., Литвиненко М.В., Литвиненко Ю.А., Тамбовцев А.С., Шмаков А.Г., 20222022Козлов В.В., Литвиненко М.В., Литвиненко Ю.А., Тамбовцев А.С., Шмаков А.Г.Kozlov V.V., Litvinenko M.V., Litvinenko Y.А., Tambovtsev A.S., Shmakov A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nguphys.elpub.ru/jour/article/view/208

В работе экспериментально изучаются сценарии диффузионного горения круглой микроструи водорода, истекающей из цилиндрического тонкостенного микросопла диаметром 200 мкм при поджигании вблизи и на расстоянии от среза сопла. Полученные экспериментальные данные сравниваются с ранее полученными, результаты выражены в безразмерных параметрах (через числа Рейнольдса). Установлено, что стабилизация пламени при истечении круглой микроструи водорода связана с нагревом сопла сферической областью пламени, охватывающей его срез. Показан гистерезис процесса диффузионного горения круглых микроструй водорода в зависимости от способа поджигания микроструи (вблизи или вдали от среза сопла) и от изменения скорости истечения (возрастания или уменьшения).

The paper presents the results of experimental studies of scenarios of diffusion combustion of a microjet of hydrogen flowing out of a cylindrical micronozzle with a diameter of 200 μm. The hydrogen microjet is ignited near the nozzle exit and at a distance. The experimental data are compared with the data previously obtained, and the results are expressed in dimensionless parameters (in terms of Reynolds numbers). It is established that the stabilization of flame during the outflow of a circular micro jet of hydrogen is associated with the presence of heating of the nozzle by a spherical flame region covering the nozzle section. The hysteresis of the diffusion combustion process of circular hydrogen microjets is shown depending on the ignition location of the microjet (near or far from the nozzle exit) and the change in the flow rate (growth or decrease).

круглая микроструя водородадиффузионное горениевоспламенениережимы горенияround microjet of hydrogendiffusion combustioninflammationmechanisms of combustionСтатья поддержана грантом Российского научного фонда № 22-19-00151, https://rscf.ru/project/22-19-00151/.This research was supported by the Russian Science Foundation (RSF) project No. 22-19-00151, https://rscf.ru/22-19-00151/.ReferencesАбрамович Г. Н. Турбулентное смешение газовых струй. М.: Наука, 1974. 272 с.Abramovich G. N. Turbulent Mixing of Gas Jets. Moscow, 1974. (in Russ.)Ho C. M., Huerre P. Perturbed free shear layers // Ann. Rev. Fluid Mech. 1984. Vol. 16. Pp. 356– 424.Ho C. M., Huerre P. Perturbed free shear layers. Ann. Rev. Fluid Mech., 1984, vol. 16, pp. 356– 424.Michalke A. Survey on jet instability theory // Prog.Aerosp.Sci. 1984. Vol. 21, no. 3. Pp. 159– 199.Michalke A. Survey on jet instability theory. Prog.Aerosp.Sci., 1984, vol. 21, no. 3, pp. 159–199. doi: 10.1016/0376-0421(84)90005-8Гиневский А. С., Власов Е. В., Каравосов Р. К. Акустическое управление турбулентными струями. М.: Физматлит, 2001. 240 с.Ginevskii A. S., Vlasov E. V., Karavosov R. K. Acoustic Control of Turbulent Jets. Moscow, 2001. (in Russ.)Козлов Г. В., Грек Г. Р., Сорокин А. М., Литвиненко Ю. А. Влияние начальных условийна срезе сопла на структуру круглойструи // Теплофизика и аэромеханика. 2008. Т. 15, № 1. С. 59–73.Kozlov G. V., Grek G. R., Sorokin A. M., Litvinenko Yu. A. Influence of initial conditions at the nozzle exit on the structure of a round jet. Thermophysics and Aeromechanics, 2008, vol. 15, no 1, pp. 59–73. (in Russ.)Ball C. G., Fellouah H., Pollard A. The flow field in turbulent round free jets // Prog. Aerosp. Sci. 2012. Vol. 50. Pp. 1–26. doi: 10.1016/j.paerosci.2011.10.002Ball C. G., Fellouah H., Pollard A. The flow field in turbulent round free jets. Prog. Aerosp. Sci., 2012, vol. 50, pp. 1–26. doi: 10.1016/j.paerosci.2011.10.002Рудяк В. Я., Анискин В. М., Кузнецов В. В., Маслов А. А., Минаков А. В., Миронов С. Г. Газодинамическая структура и устойчивость газовых микроструй // Моделирование микро- и нанотечений. 2014. С. 94–114.Rudyak V. Ya., Aniskin V. M., Kuznetsov V. V., Maslov A. A., Minakov A. V., Mironov S. G. Gas-dynamic structure and stability of gas microjets. Modeling of micro- and nanoflows. Novosibirsk, 2014. Pp. 94–114. (in Russ.)Литвиненко Ю. А., Грек Г. Р., Козлов В. В., Козлов Г. В. Дозвуковая круглая и плоская макро- и микроструи в поперечном акустическом поле // ДАН. 2011. Т. 436, № 1. С. 1–7.Litvinenko Yu. A., Grek G. R., Kozlov V. V., Kozlov G. V. Subsonic round and flat macro- and microjets in a transverse acoustic field. Doklady Physics, 2011, vol. 436, no 1, pp. 1–7. (in Russ)Литвиненко Ю. А., Грек Г. Р., Козлов В. В., Коробейничев О. П., Шмаков А. Г. Структура присоединенного диффузионного пламени микроструи водорода, истекающей из щелевого сопла // Вестник НГУ. Физика. 2015. Т. 10, № 2. С. 52–66.Litvinenko Yu. A., Grek G. R., Kozlov V. V., Korobeinichev O. P., Shmakov A. G. The structure of the attached diffusion flame of a hydrogen microjet flowing from a slotted nozzle. Vestnik NSU. Series: Physics, 2015, vol. 10, no. 2, pp. 52–66. (in Russ.)Шмаков А. Г., Грек Г. Р., Козлов В. В., Коробейничев О. П., Литвиненко Ю. А. Различные режимы диффузионного горения круглой струи водорода в воздухе // Вестник НГУ. Серия: Физика. 2015. Т. 10, № 2. С. 27–41.Shmakov A. G., Grek G. R., Kozlov V. V., Korobeinichev O. P., Litvinenko Yu. A. Different Conditions of the Round Hydrogen Jets Diffusion Combustion in Air. Vestnik NSU. Series: Physics, 2015, vol. 10, no. 2, pp. 27–41. (in Russ.)Kozlov V. V., Grek G. R., Korobeinichev O. P., Litvinenko Yu. A., Shmakov A. G. Combus­tion of a high-velocity hydrogen microjet effluxing in air // Doklady Physics. 2016. Vol. 61, iss. 9. Pp. 457–462.Kozlov V. V., Grek G. R., Korobeinichev O. P., Litvinenko Yu. A., Shmakov A. G. Combustion of a high-velocity hydrogen microjet effluxing in air. Doklady Physics, 2016, vol. 61, iss. 9, pp. 457–462.Shmakov A. G., Grek G. R., Kozlov V. V., Litvinenko Yu. A. Influence of initial and boundary conditions at the nozzle exit upon diffusion combustion of a hydrogen microjet // Intern. J. Hy­drogen Energy. 2017. Vol. 42, iss. 24. Pp. 15913–15924.Shmakov A. G., Grek G. R., Kozlov V. V., Litvinenko Yu. A. Influence of initial and boundary conditions at the nozzle exit upon diffusion combustion of a hydrogen microjet. Intern. J. Hydrogen Energy, 2017, vol. 42, iss. 24, pp. 15913–15924.Козлов В. В., Грек Г. Р., Козлов Г. В., Литвиненко Ю. А., Шмаков А. Г. Экспериментальное исследование диффузионного горения круглой микроструи водорода при ее зажигании вдали от среза сопла // Сибирский физический журнал. 2017. Т. 12, № 3. С. 62–73.Kozlov V. V., Grek G. R., Kozlov G. V., Litvinenko Yu. A., Shmakov A. G. Experimental study of diffusion combustion of a round hydrogen microjet when it is ignited far from the nozzle exit. Siberian Journal of Physics, 2017, vol. 12, no. 3, pp. 62–73. (in Russian)Kozlov V. V., Shmakov A. G., Grek G. R., Kozlov G. V., Litvinenko Y. A. Micronozzle chock­ing under diffusion combustion of hydrogen // Doklady Physics. 2018. Vol. 63, no. 5. Pp. 193– 198. doi: 10.1134/S1028335818050026Kozlov V. V., Shmakov A. G., Grek G. R., Kozlov G. V., Litvinenko Y. A. Micronozzle chocking under diffusion combustion of hydrogen. Doklady Physics, 2018, vol. 63, no. 5, pp. 193–198. doi: 10.1134/S1028335818050026Шмаков А. Г., Грек Г. Р., Козлов В. В., Козлов Г. В., Литвиненко Ю. А. Экспериментальное исследование диффузионного горения высокоскоростной круглой микроструи водорода. Часть 1. Присоединенное пламя, дозвуковое течение // Сибирский физический журнал. 2017. Т. 12, № 2. С. 28–45.Shmakov A. G., Grek G. R., Kozlov V. V., Kozlov G. V., Litvinenko Yu. А. Experimental Study of the Diffusion Combustion of a High-Speed Round Hydrogen Microjet. Part 1. Attached Flame, Subsonic Flow. Siberian Journal of Physics, 2017, vol. 12, no. 2, pp. 28–45. (in Russ.)Козлов В. В., Грек Г. Р., Литвиненко Ю. А., Шмаков А. Г., Вихорев В. В. Диффузионное горение круглоймикроструи водорода при до- и сверхзвуковойскорости истечения из сопла // Сибирскийфизическийжурнал. 2018. Т. 13, № 2. С. 37–52.Kozlov V. V., Grek G. R., Litvinenko Yu. A., Shmakov A. G., Vikhorev V. V. Diffusion Combustion of Hydrogen Round Microjet at Sub- and Supersonic Velocity Efflux from Nozzle. Siberian Journal of Physics, 2018, vol. 13, no. 2, p. 37–52. (in Russ.)Kozlov V. V., Grek G. R., Kozlov G. V., Litvinenko Yu. A., Shmakov A. G. Experimental study on diffusion combustion of high-speed hydrogen round microjets // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44, iss. 1. Pp. 457–468.Kozlov V. V., Grek G. R., Kozlov G. V., Litvinenko Yu. A., Shmakov A. G. Experimental study on diffusion combustion of high-speed hydrogen round microjets. International Journal of Hydrogen Energy, 2019, vol. 44, iss. 1, pp. 457–468.Litvinenko Y. A., Grek G. R., Kozlov V. V., Litvinenko M. V., Shmakov A. G. Diffusion combustion of a round hydrogen microjet at sub- and supersonic jet velocity // Doklady Physics. 2020. Vol. 65, no. 9. Pp. 312–316. doi: 10.1134/S1028335820090074Litvinenko Y. A., Grek G. R., Kozlov V. V., Litvinenko M. V., Shmakov A. G. Diffusion combustion of a round hydrogen microjet at sub- and supersonic jet velocity. Doklady Physics, 2020, vol. 65, no. 9, pp. 312–316. doi: 10.1134/S1028335820090074

The authors declare that there are no conflicts of interest present.