DIFFUSION COMBUSTION OF HYDROGEN ROUND MICROJET AT SUB-AND SUPERSONIC VELOCITY EFFLUX FROM NOZZLE

The purpose of this work is experimental study of the round hydrogen jets diffusion combustion efflux from nozzles with different diameters of nozzle exit at sub-and supersonic velocity. As a result of the experimental studies the following results are received. Four scenarios of diffusion combustion of the hydrogen round microjets, including «supersonic burning» in the presence of supersonic cells as by air, and on hydrogen are for the first time submitted. It is found that stabilization of the hydrogen round microjet subsonic burning is connected with existence of «bottleneck flame region», and «supersonic burning» of a microjet with existence of supersonic cells. Hysteresis of the hydrogen round microjets diffusion combustion is connected with the microjet ignition method of (near or far from a nozzle exit) and directions of the velocity change of its efflux (growth or reduction) is found. It is shown that «supersonic diffusion combustion» of the hydrogen round microjets as by air, and to hydrogen, is implemented only in a situation of the micronozzle diameter size outlet lying in the range of 1 mm.

«область перетяжки пламени», «сверхзвуковое горение», hydrogen round microjet, diffusion combustion, «bottleneck flame region», mean velocity profile, «supersonic combustion», hysteresis, schlieren method, shadow patterns

1. Шмаков А. Г., Грек Г. Р., Козлов В. В., Коробейничев О. П., Литвиненко Ю. А. Различные режимы диффузионного горения круглой струи водорода в воздухе // Вестн. НГУ. Серия: Физика. 2015. Т. 10, вып. 2. С. 27-41.

2. Литвиненко Ю. А., Грек Г. Р., Козлов В. В., Коробейничев О. П., Шмаков А. Г. Структура присоединённого диффузионного пламени микроструи водорода, истекающей из щелевого сопла // Вестн. НГУ. Серия: Физика. 2015. Т. 10, вып. 2. С. 52-66.

3. Грек Г. Р., Катасонов М. М., Козлов Г. В., Литвиненко М. В. Диффузионное горение водорода (круглое скошенное сопло) // Вестн. НГУ. Серия: Физика. 2015. Т. 10, вып. 2. С. 42-51.

4. 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. Issue 9. Р. 457-462.

5. Шмаков 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.

6. 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. Elsevier, 2018.

7. Kozlov V. V., Grek G. R., Korobeinichev O. P., Litvinenko Yu. A., Shmakov A. G. Features of diffusion combustion of hydrogen in the round and plane high-speed microjets (Part II) // International Journal of Hydrogen Energy. Elsevier, 2016. Vol. 41. Issue 44. Р. 20240-20249.

8. 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.

9. Козлов В. В., Грек Г. Р., Литвиненко Ю. А., Шмаков А. Г., Вихорев В. В. Диффузионное горение плоской микроструи водорода, истекающей из щелевого микросопла на до- и сверхзвуковой скорости // Сибирский физический журнал. 2018. Т. 13, № 2. С. 23-36.

10. Kalghatgi G. T. Lift-off heights and visible lengths of vertical turbulent jet diffusion flames in still air // Combust. Sci. Technol., 1984. Vol. 41. Issue 1-2. Р. 14-29.

11. Аннушкин Ю. М., Свердлов Е. Д. Исследование устойчивости диффузионных затопленных пламен при дозвуковом и нерасчетном сверхзвуковом истечениях газообразных топлив // ФГВ. 1977. Т. 14, № 5. С. 53-63.

12. Shentsov V., Sakatsume R., Makarov D., Takeno K., Molkov V. Lift-off and blow-out of under-expanded jets: experiments versus simulations // 8th International Seminar on Fire and Explosion. Hefei, China, 2016.

13. Козлов В. В., Грек Г. Р., Литвиненко М. В., Литвиненко Ю. А., Шмаков А. Г. Экспериментальное исследование диффузионного горения высокоскоростной круглой микроструи водорода. Часть 2. Приподнятое пламя, сверхзвуковое течение // Сибирский физический журнал. 2017. Т. 12, № 2. С. 46-59.

14. 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 // International Journal of Hydrogen Energy. Elsevier, 2017. Vol. 42. Issue 24. Р. 15913- 15924.