Особенности самовоспламенения паров н-декана в воздухе при температурах 600–800 К

В условиях быстрого адиабатического сжатия изучены особенности самовоспламенения паров н-декана в воздухе при температуре 600–800 К, давлении 0,8–1,2 МПа, эквивалентных отношениях ϕ = 0,5–1,5 и постоянной плотности смеси 5,0 ± 0,5 кг/м3 . Установлены температурно-концентрационные пределы перехода от одностадийного к двухстадийному режиму самовоспламенения. Многоракурсная съемка обнаружила, что в зависимости от температуры «горячая» стадия процесса всегда возникает и развивается вблизи поверхности поршня либо торцевой стенки цилиндра сжатия, сопровождается одновременным переносом образованных очагов внутрь камеры сгорания, после чего происходит близкое к однородному самовоспламенение оставшейся смеси. Фотографии холодного пламени паров н-декана позволили определить пространственное положение очага самовоспламенения первой стадии – вблизи поверхности поршня. Установлено, что вблизи поверхности поршня на оси камеры находится застойная зона, вызванная вихревым тороидальным течением газа, в которой химическая реакция возникает с запозданием. Показано, что по мере увеличения парциального давления паров н-декана при сжатии процесс неравновесной конденсации топлива вблизи стенок камеры сгорания приводит к существенному перераспределению концентрации и температуры смеси по объему, что предопределяет локальные особенности ее последующего самовоспламенения

двухстадийное самовоспламенение, н-декан, установка быстрого сжатия, холодное пламя, конденсация, отрицательный температурный коэффициент

1. Experimental formulation and kinetic model for JP-8 surrogate mixtures / Α. Violi [et al.] // Combustion Science and Technology. – 2002. – Vol. 174, N 11–12. – P. 399–417. https://doi.org/10.1080/00102200215080

2. Edwards, T. Surrogate Mixtures to Represent Complex Aviation and Rocket Fuels / T. Edwards, L. Q. Maurice // Journal of Propulsion and Power. – 2001. – Vol. 17, N 2. – P. 461–466. https://doi.org/10.2514/2.5765

3. Pfahl, U. Self-ignition of diesel-relevant hydrocarbon-air mixtures under engine conditions / U. Pfahl, K. Fieweger, G. Adomeit // Symposium (International) on Combustion. – 1996. – Vol. 26, N 1. – P. 781–789. https://doi.org/10.1016/s0082-0784(96)80287-6

4. Horning, D. C. A study of the high-temperature auto-ignition and thermal decomposition of hydrocarbons: Report No. TSD-135 [Electronic resource] / D. C. Horning. – 2001. – Mode of access: https://hanson.stanford.edu/dissertations/Horning_2001.pdf. – Date of access:24.09.2020.

5. Olchanski, E. Decane oxidation in a shock tube / E. Olchanski, A. Burcat // International Journal of Chemical Kinetics. – 2006. – Vol. 38, N 12. – P. 703–713. https://doi.org/10.1002/kin.20204

6. Zhukov, V. P. Autoignition of n-decane at high pressure / V. P. Zhukov, V. A. Sechenov, A. Yu. Starikovskii // Combustion and Flame. – 2008. – Vol. 153, N 1–2. – P. 130–136. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2007.09.006

7. A shock tube study of the ignition of n-heptane, n-decane, n-dodecane, and n-tetradecane at elevated pressures / H. P. S. Shen [et al.] // Energy & Fuels. – 2009. – Vol. 23, N 5. – P. 2482–2489. https://doi.org/10.1021/ef8011036

8. Autoignition of surrogate fuels at elevated temperatures and pressures / A. J. Dean [et al.] // Proceedings of the Combustion Institute. – 2007. – Vol. 31, N 2. – P. 2481–2488. https://doi.org/10.1016/j.proci.2006.07.162

9. Shock tube study of n-decane ignition at low pressures / X. F. Nie [et al.] // Acta Mechanica Sinica. – 2012. – Vol. 28, N 1. – P. 79–82. https://doi.org/10.1007/s10409-011-0542-9

10. Титова, Н. С. О кинетических механизмах окисления н-декана / Н. С. Титова, С. А. Торохов, А. М. Старик // Физика горения и взрыва. – 2011. – Т. 47, № 2. – С. 3–22.

11. Autoignition of n-decane and multi-component surrogates of kerosene in an optical Rapid Compression Machine / C. Strozzi [et al.] // Proc. 27th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems. – Beijing, 2019. – P. 1–6.

12. Kumar, K. Autoignition of n-decane under elevated pressure and low-to-intermediate temperature conditions / K. Kumar, G. Mittal, C. J. Sung // Combustion and Flame. – 2009. – Vol. 156, N 6. – P. 1278–1288. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2009.01.009

13. Auto-ignitions of a methane/air mixture at high and intermediate temperatures / V. V. Leschevich [et al.] // Shock Waves. – 2016. – Vol. 26, N 5. – P. 657–672. https://doi.org/10.1007/s00193-016-0665-9

14. Лещевич, В. В. Возгорание микрочастиц угля в атмосфере воздуха и их влияние на воспламенение метана / В. В. Лещевич, О. Г. Пенязьков, С. Ю. Шимченко // Инж.-физ. журн. – 2020. – Т. 93, № 4. – С. 1041–1050.

15. Visualization and analysis of the burning particles motion in combustion chamber of a rapid compression machine / V. V. Leschevich [et al.] // Journal of Flow Visualization and Image Processing. – 2016. – Vol. 23, N 1–2. – P. 1–14. https://doi.org/10.1615/jflowvisimageproc.2016019010

16. Гейдон, А. Г. Спектроскопия пламен / А. Г. Гейдон, И. В. Вейц, Л. В. Гурвич. – М.: Изд. иностр. лит., 1959. – 382 с.

17. Doroshko, M. V. High-temperature pyrolysis of propane and methane − the shock tube investigation / M. V. Doroshko // High Temperature Material Processes: An International Quarterly of High-Technology Plasma Processes. – 2019. – Vol. 23, N 2. – P. 165–179. https://doi.org/10.1615/hightempmatproc.2019030409