Himičeskaâ fizikaHimičeskaâ fizikaХимическая физика0207-401XThe Russian Academy of Sciences68272910.31857/S0207401X25040097Combustion, explosion and shock wavesГорение, взрыв и ударные волныResearch ArticleInfluence of the choice of kinetic mechanism on predicted structure of lean hydrogen–air flamesВлияние выбора кинетического механизма на расчет структуры ламинарного пламени в бедных водородно-воздушных смесяхTerezaA. M.ТерезаА. М.
Russian Federation
tereza@chph.ras.ruAgafonovG. L.АгафоновГ. Л.
Russian Federation
tereza@chph.ras.ruAnderzhanovE. K.АндержановЭ. К.
Russian Federation
tereza@chph.ras.ruBetevA. S.БетевА. С.
Russian Federation
tereza@chph.ras.ruKhomikS. V.ХомикС. В.
Russian Federation
tereza@chph.ras.ruCherepanovaT. T.ЧерепановаТ. Т.
Russian Federation
tereza@chph.ras.ruCherepanovA. A.ЧерепановА. А.
Russian Federation
tereza@chph.ras.ruMedvedevS. P.МедведевС. П.
Russian Federation
tereza@chph.ras.ruSemenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of SciencesФедеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н.Семёнова Российской академии наук21042025444798704062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0207-401X/article/view/682729

The influence of the choice of a detailed kinetic mechanism (DKM) on the structure of a laminar flame for lean hydrogen-air mixtures has been studied by means of numerical simulation using a CHEMKIN-Pro software module. It is shown that the choice of three detailed kinetic mechanisms (DKMs), differing in the rate constants of elementary reactions, the number of reaction pathways, and the presence of additional components, has virtually no effect on flame propagation velocity and flame structure. It is found that small differences in the local sensitivity of heat release to elementary reactions can provide reliable information on possible ways of influencing flame propagation.

Посредством численного моделирования с помощью программного модуля CHEMKIN-Pro изучено влияние выбора детального кинетического механизма (ДКМ) на структуру ламинарного пламени для бедных водородно-воздушных смесей. Показано, что выбор ДКМ, различающихся константами скорости элементарных реакций, количеством каналов химических взаимодействий и присутствием дополнительных компонентов, практически не влияет на значение нормальной скорости распространения пламени и его структуру. Установлено, что по небольшим различиям в локальной чувствительности тепловыделения к элементарным реакциям можно получить достоверную информацию о возможных способах воздействия на распространение пламени.

lean hydrogen–air mixturelaminar flamenumerical simulationchemical kineticsheat releasedetailed kinetic mechanismбедная водородно-воздушная смесьламинарное пламячисленное моделированиехимическая кинетикатепловыделениедетальный кинетический механизмМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation075-03-2022-061A.M. Domashenko, A.V. Stepanov. Vesti gazovoj nauki 51(2), 211 (2022).Домашенко А.М., Степанов А.В. // Вести газовой науки. 2022. № 2. С. 211.S.V. Korobtsev, V.N. Fateev, R.O. Samsonov, S.I. Kozlov. Transport na alternativnom toplive 5, 68 (2008).Коробцев С.В., Фатеев В.Н., Самсонов Р.О., Козлов С.И. // Транспорт на альтернативном топливе. 2008. № 5. С. 68.A.A. Abagyan, E.O. Adamov, E.V. Burlakov. Proc. IAEA Conf. (Intern.). Vienna, Austria. 1996. IAEA-J4-TC972. P. 46.Abagyan A.A., Adamov E.O., Burlakov E.V. // Proc. IAEA Conf. (Intern.). Vienna, Austria. 1996. IAEA-J4-TC972. P. 46.G. Saji, Nucl. Eng. Des. 307, 64 (2016). http://dx.doi.org/10.1016/j.nucengdes.2016.01.039Saji G. // Nucl. Eng. Des. 2016. V. 307. P. 64.Bentaib, N. Meynet, A. Bleyer. Nucl. Eng. 47(1), 26 (2015). https://doi.org/10.1016/j.net.2014.12.001Bentaib A., Meynet N., Bleyer A. // Nucl. Eng. Techno. 2015. V. 47. № 1. P. 26.Kirillov, N. Kharitonova, R. Sharafutdinov, N. Krenniikov. Nucl. Rad. Safety J. 2(84), 26 (2017).Кириллов И.А., Харитонова Н.Л., Шарафутдинов Р.Б., Хренников Н.Н. // Ядерная и радиац. безопасность. 2017. Т. 2. № 84. С. 26.Yakovenko, A. Kiverin, K. Melnikova. Fluids 6(1), 21 (2021). https://doi.org/10.3390/fluids6010021Yakovenko I., Kiverin A., Melnikova K. // Fluids. 2021. V. 6. № 1. P. 21.I.S. Yakovenko, I.S. Medvedkov, A.D. Kiverin. Russ. J. Phys. Chem. B. 16, 294 (2022). https://doi.org/10.1134/S1990793122020142Яковенко И.С., Медведков И.С., Киверин А.Д. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 85.A.M. Tereza, G.L. Agafonov, E.K. Anderzhanov, A.S. Betev, S.P. Medvedev, S.V. Khomik, T.T. Cherepanova. Russ. J. Phys. Chem. B. 17(4), 974 (2023). https://doi.org/10.1134/S1990793123040309Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 12. С. 48.P. Krivosheyev, Y. Kisel, A. Skilandz, K. Sevrouk, O. Penyazkov, A. Tereza. Int. J. Hydrogen Energy 66, 81 (2024). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.03.363Krivosheyev P., Kisel Y., Skilandz A., Sevrouk K., Penyazkov O., Tereza A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 66. P. 81.D.A. Frank-Kamenetskii. Diffusion and Heat Transfer in Chemical Kinetics. (Plenum, New York, 1969).Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987.A.A. Azatyan, S.K. Abramov, A.A. Borisov, V.M. Prokopenko. Russ. J. Phys. Chem. A. 86 (3), 355 (2012). https://doi.org/10.1134/S0036024412030053Азатян В.В, Абрамов С.К., Борисов А.А., Прокопенко В.М. // ЖФХ. 2012. Т. 86. № 3. С. 423.A.L. Sanchez, F.A. Williams. Prog. Energy Combust. Sci. 41, 1 (2014). https://doi.org/10.1016/j.pecs.2013.10.002Sanchez A.L., Williams F.A. // Prog. Energy Combust. Sci. 2014. V. 41. P. 1.A.M. Tereza, G.L. Agafonov, E.K. Anderzhanov et al. Russ. J. Phys. Chem. B. 17 (6), 1294. https://doi.org/10.1134/S1990793123060246Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 8. С. 68.D.A. Knyazkov, A.G. Shmakov, O.P. Korobeinichev. Combust. Flame 151, 37 (2007). https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2007.06.011Knyazkov D.A., Shmakov A.G., Korobeinichev O.P. // Combust. and Flame. 2007. V. 151. №. 1–2. P. 37.D.A. Knyazkov, V. Shvartsberg, A. Dmitriev et al. Combustion Explosion and Shock Waves 53, 491 (2017). https://doi.org/10.1134/S001050821705001XКнязьков Д.А., Шварцберг В.М., Дмитриев А.М. и др. // Физика горения и взрыва. 2017. Т. 53. № 5. С. 3.A.G. Shmakov. Doctoral Dissertation in Chemistry. (Voevodsky Inst. of Chemical Kinetics and Combustion, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, 2022).Шмаков А.Г. Автореф. дис. … д-ра хим. наук. Нск: ИХКГ СО РАН, 2022.A.E. Elyanov, A.I. Gavrikov, V.V. Golub, A.Y. Mikushkin, V.V. Volodin. Process Saf. Environm. Prot. 164, 50 (2022). https://doi.org/10.1016/j.psep.2022.06.007Elyanov A.E., Gavrikov A.I., Golub V.V., Mikushkin A.Y., Volodin V.V. // Process Saf. Environ. Prot. 2022. V. 164. P. 50.D.L. Baulch, C.T. Bowman, C.J. Cobos et al. J. Phys. Chem. Ref. Data. 34(3), 757 (2005). https://doi.org/10.1063/1.1748524Baulch D.L., Bowman C.T., Cobos C.J. et al. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2005. V. 34. № 3. P. 757A.M. Tereza, G.L. Agafonov, E.K. Anderzhanov et al. Russ. J. Phys. Chem. B 16, 686 (2022). https://doi.org/10.1134/S1990793122040297Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 8. С. 66.Keromnes, W.K. Metcalfe, K.A. Heufer et al. Combust. and Flame 160, 995 (2013). https://doi.10.1016/j.combustflame.2013.01.001Keromnes A., Metcalfe W.K., Heufer K.A. et al. // Combust. and Flame. 2013. V. 160. P. 995.A.A. Konnov. Combust. and Flame 203, 14 (2019). https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2019.01.032Konnov A.A. // Ibid. 2019. V. 203. P. 14.CHEMKIN-Pro 15112, Reaction Design, San Diego, CK-TUT-10112-1112-UG-1., 2011.CHEMKIN-Pro 15112. Reaction Design, San Diego, CK-TUT-10112-1112-UG-1., 20.S.P. Karkach, V.I. Osherov. J. Chem. Phys. 110, 11918 (1999). http://dx.doi.org/10.1063/1.479131Karkach S.P., Osherov V.I. // J. Chem. Phys. 1999. V. 110. P. 11918.J.V. Michael, J.W. Sutherland, L.B. Harding et al. // Proc. Combust. Symp. 28, 1471 (2000).Michael J.V., Sutherland J.W., Harding L.B. et al. // Proc. Combust Symp. 2000. V. 28. P. 1471.P.A. Vlasov, V.N. Smirnov, A.M. Tereza. Russ. J. Phys. Chem. B 10, 456 (2016). https://doi.10.1134/S1990793116030283Власов П.А., Смирнов В.Н., Тереза А.М. // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 6. С. 35.S. Medvedev, G. Agafonov, S. Khomik. Acta Astronaut. 126, 150 (2016). https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.04.019Medvedev S, Agafonov G, Khomik S. // Acta Astronaut. 2016. V. 126. P. 150.A.E. Lutz, R.J. Kee, J.A. Miller. Sandia National Laboratories, Livermore, CA, SAND 87-82481998.Lutz A.E., Kee R.J., Miller J.A. Sandia National Laboratories. Livermore, CA, SAND 87-8248, 1998.R.J. Kee, J.F. Grcar, M.D. Smooke, J.A. Miller. Sandia National Laboratories, Livermore, CA, SAND85-8240, 1985.Kee R.J., Grcar J.F., Smooke M.D., Miller J.A. Sandia National Laboratories. Livermore, CA, SAND85-8240, 1985.V.V. Roenko, A.P. Karmes. Tekhnologia pozharotushenia 3, 15 (2017).Роенко В.В., Кармес А.П. // Технология пожаротушения. 2017. № 3. С. 15.B.E. Gel’fand, O.M. Popov, B.B. Chaivanov. Hydrogen: Parameters of Combustion and Explosion (Fizmatlit, Moscow, 2008) [In Russian].Гельфанд Б.Е., Попов О.М., Чайванов Б.Б. Водород: параметры горения и взрыва. М.: Физматлит, 2008.