Динамика и глубина конверсии водяного пара в водород при сгорании ансамбля наночастиц алюминия в водяном паре

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В работе приводятся результаты численного моделирования процесса наработки водорода при сгорании ансамбля наночастиц алюминия в парах воды. В расчетах предполагалось, что конфигурация оксидного покрытия на наночастицах алюминия при температуре плавления оксида и выше является наиболее выгодной с термодинамическикой точки зрения (оксидная “шапка”). Проведенные численные эксперименты выявили влияние на глубину конверсии водяного пара в водород размеров частиц алюминия, стехиометрии реагентов, а также массовой доли оксидного покрытия. Найдено, что, несмотря на выраженную экзотермичность и сопутствующие высокие температуры (T ≈ 3000 K и выше), рассматриваемый процесс обеспечивает значительную глубину конверсии водяного пара в водород. При этом оксидное покрытие в начальный момент времени горения достаточно слабо влияет на выход водорода, а скорость процесса сгорания хотя и уменьшается с увеличением массовой доли оксида в системе в начальный момент времени, но также не слишком выражено.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Б. Сторожев

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: storozhev@chph.ras.ru
Россия, Москва

А. Н. Ермаков

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: storozhev@chph.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Dincer I. // Intern. J. Hydrogen Energy 2002. V. 27. № 3. P. 265. https://doi.org/10.1016/S0360-3199(01)00119-7
  2. Паланкоева А.С., Беляев А.А., Арутюнов В.С. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 6. С. 7. https://doi.org/10.31857/S0207401X22060097
  3. Дорофеенко С.О., Полианчик Е.В. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 29. https://doi.org/10.31857/S0207401X22030049
  4. Кислов В.М., Цветков М.В., Зайченко А.Ю. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 8. С. 39. https://doi.org/10.31857/S0207401X2308006X
  5. Егоров А.Г., Тизилов А.С. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 4. С. 47. https://doi.org/10.31857/S0207401X23040076
  6. Цветков М.В., Кислов В.М., Цветкова Ю.Ю. и др. // Хим. физика. 2022. Т.41. № 8. C. 93. https://doi.org/10.31857/S0207401X22080143
  7. Шейндлин А.Е., Битюрин В.А., Жук А.З. и др. // Докл. АН. Энергетика. 2009. Т. 425. № 4. С. 484.
  8. Franzoni F., Milani M., Montorsi L. et al. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2010. V. 35. № 4. P.1548. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.11.107
  9. Huang Y., Risha G., Yang V. et al. // Proc. 43-rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. AIAA Paper 2005-738. https://doi.org/10.2514/6.2005-738
  10. Starik A.M., Kuleshov P.S., Sharipov A.S. et al. // Combust. and Flame. 2014. V. 161. № 6. P. 1659. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2013.12.00710
  11. Старик А.М., Савельев А.М., Титова Н.С. // Физика горения и взрыва. 2015. № 2. С. 64. https://rucont.ru/efd/356326
  12. Storozhev V.B., Yermakov A.N. // Combust. and Flame. 2015. V. 162. № 11. P. 4129. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2015.08.013
  13. Sundaram D., Yang V., Yetter R. // Prog. Energy Combust. Sci. 2017. V. 61. P.293. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2017.02.002
  14. Valiullin T.R., Egorov R.I., Strizhak P.A. // Energy Fuels. 2017. V.31. P.1044-1046. http://dx.doi.org/10.1021/acs.energyfuels.6b02540
  15. Price E.W., Sigman R.K. // Progress in Astronautics and Aeronautics, V. 185: Solid Propellant Chemistry Combustion and Motor Interior Ballistics Eds. Yang V., Brill T.B., Ren W.Z., eds., N. Y. AIAA, 2000. P. 663. 10.2514/4.866562' target='_blank'>https://arc.aiaa.org/doi: 10.2514/4.866562
  16. Babuk V.A., Vassiliev V.A., Sviridov V.V. // Ibid. P. 749. 10.2514/4.866562' target='_blank'>https://arc.aiaa.org/doi: 10.2514/4.866562
  17. Melcher J.C., Krier H., Burton R.L. // J. Propul. Power. 2002. V. 18. № 3. P. 631. https://doi.org/10.2514/2.5977
  18. Крайнов А.Ю., Порязов В А., Моисеева К.М. и др. // Инж.-физ. журн. 2021. Т. 94, №1, С. 84.
  19. Huang Y., Risha G., Yang V. et al. // Combust. and Flame 2009. V. 156. № 1. P. 5. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2008.07.018
  20. Storozhev V.B., Yermakov A.N. // Combust. and Flame. 2018. V. 190. P. 103. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2017.11.014
  21. Storozhev V.B., Yermakov A.N. // Combust. and Flame. 2021. V. 226. P. 182. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2020.11.040
  22. Ген М.Я., Фролов Ю.В., Сторожев В.Б. // Физика горения и взрыва. 1978. Т. 14, № 5. С. 153.
  23. Glorian J., Gallier S., Catoire L. // Combust. Flame. 2016. V. 168. P. 378. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2016.01.022
  24. Lynch P., Fiore G., Krier H. // Combust. Sci. Technol. 2010. V. 182. № 7. P. 842. https://doi.org/10.1080/00102200903341561
  25. Storozhev V.B. // Surf. Sci. 1998. V.397. P. 170. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(97)00729-2
  26. Storozhev V.B. // Aerosol Sci. Technol. 2001. V. 34. P.179. https://doi.org/10.1080/027868201300034781
  27. Dreizin E.L. // Combust. and Flame. 1996. V. 105. P. 541. https://doi.org/10.1016/0010-2180(95)00224-3
  28. Beckstead M.W. // Combust. Explos. Shock Waves. 2005. V.41. P. 533. https://doi.org/10.1007/s10573-005-0067-2
  29. Bergthorson J.M., Julien Ph., Goroshin S., et al. // Combust. Flame. 2016. V. 171. P. 262. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2016.06.002
  30. Bazyn T., Krier H., Glumac N. // Ibid. 2006. V.145. № 4. P.703. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2005.12.017

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость от времени температуры T реагирующей смеси (a) и мольных долей x (б) молекулярного (кривая 1 ) и атомарного (кривая 2 ) водорода.

Скачать (49KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость от времени температуры T реагирующей смеси при различных значениях начального соотношения концентраций алюминия и воды: 1 – [Al(c)]0 : [H2O(g)]0 = 2 : 3, 2 – [Al(c)]0 : [H2O(g)]0 = 1 : 3; 3 – [Al(c)]0 : [H2O(g)]0 = 3 : 3.

Скачать (38KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость от времени скорости наработки молекулярного водорода Jsum(H2) за счет различных реакций: 1 – (R1) + (R2), 2 – (R37) + (R38); 3 – (R39) + (R40).

Скачать (27KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025