procyberВестник кибернетикиProceedings in Cybernetics1999-7604Бюджетное учреждение высшего образования Ханты-Мансийского автономного округа – Югры «Сургутский государственный университет»10.34822/1999-7604-2021-1-63-70procyber-350Research ArticleФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИPhysics and MathematicsФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЮЛЬПАНООБРАЗНОГО ПЛАМЕНИ ПРИ ГОРЕНИИ ГАЗОВ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ТРУБЕTULIP FLAME PHYSICAL MODELING DURING GASEOUS COMBUSTION IN A CYLINDRICAL VERTICAL PIPEАлексеевМ. М.AlekseevM. M.СеменовО. Ю.SemenovO. Yu.

E-mail: ous.tutor.phinma@mail.ru

E-mail: ous.tutor.phinma@mail.ru

Сургутский государственный университет, СургутРоссияSurgut State University, SurgutRussian Federation20212104202101 (41)6370Copyright © Алексеев М.М., Семенов О.Ю., 20212021Алексеев М.М., Семенов О.Ю.Alekseev M.M., Semenov O.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestcyber.ru/jour/article/view/350

В статье обсуждаются результаты экспериментальных исследований колебательного распространения пропано-воздушного пламени в длинной вертикальной трубе, закрытой с одного края. Предложены методы физического моделирования тюльпанообразного пламени в цилиндрической трубе, связанные с откликом фронта пламени на внешние воздействия и критические условия его распространения. Дано объяснение физических механизмов, управляющих формированием тюльпанообразной воронки пламени с продольными и поперечными гранями, колебаниями газа, неустойчивостью горения и вихреобразованием в пламени.

The article discusses the results of experimental studies of the vibrational propagation of a propane-air flame in a long vertical pipe that is closed at one end. Methods for physical modeling of a tulip-shaped flame in a cylindrical pipe are proposed. These methods are associated with the response of the flame front to external influences and critical conditions for its propagation. An explanation of the physical mechanisms governing the formation of a tulip flame with longitudinal and transverse edges, gas oscillations, combustion instability, and vortex formation in the flame is given.

структура пламеницилиндрическая трубарелаксационные колебаниянеустойчивость горениятюльпанообразное пламянестационарное распространение.flame structurecylindrical piperelaxation oscillationscombustion instabilitytulip flametransient propagation.ReferencesXiao H., Makarov D., Sun J., Molkov V. Experimental and Numerical Investigation of Premixed Flame Propagation with Distorted Tulip Shape in a Closed Duct // Combustion and Flame. 2012. Vol. 159, № 4. P. 1523–1538. DOI 10.1016/j.combustflame.2011.12.003.Xiao H., Makarov D., Sun J., Molkov V. Experimental and Numerical Investigation of Premixed Flame Propagation with Distorted Tulip Shape in a Closed Duct // Combustion and Flame. 2012. Vol. 159, № 4. P. 1523–1538. DOI 10.1016/j.combustflame.2011.12.003.Petchenko A., Bychkov V., Akkerman V. Violent Folding of a Flame Front in a Flame-Acoustic Resonance // Physical Review Letters. 2006. Vol. 97. P. 164501–164504.Petchenko A., Bychkov V., Akkerman V. Violent Folding of a Flame Front in a Flame-Acoustic Resonance // Physical Review Letters. 2006. Vol. 97. P. 164501–164504.Bi M., Dong Ch., Zhou Y. Numerical Simulation of Premixed Methane–Air Deflagration in Large L/D Closed Pipes // Applied Thermal Engineering. 2012. Vol. 40, P. 337–342. DOI 10.1016/j.applthermaleng.2012.01.065.Bi M., Dong Ch., Zhou Y. Numerical Simulation of Premixed Methane–Air Deflagration in Large L/D Closed Pipes // Applied Thermal Engineering. 2012. Vol. 40, P. 337–342. DOI 10.1016/j.applthermaleng.2012.01.065.Wang M., Wen X., Zhang S., Wang F., Zhu Q., Pan R., Ji W. Effect of Metal Foam Mesh on Flame Propagation of Biomass-Derived Gas in a Half-Open Duct // ACS Omega. 2020. Vol. 5, 32, P. 20643–20652.Wang M., Wen X., Zhang S., Wang F., Zhu Q., Pan R., Ji W. Effect of Metal Foam Mesh on Flame Propagation of Biomass-Derived Gas in a Half-Open Duct // ACS Omega. 2020. Vol. 5, 32, P. 20643–20652.Alekseev M. M., Alekseev M. V., Samsonov V. P., Semenov O. Y. Simulation of Hydrodynamic Phenomena Attendant on the Flame Front Propagation in a Tube Behind a Piston // Technical Physics. The Russian Journal of Applied Physics. 2014. Vol. 59, № 1. P. 52–59.Alekseev M. M., Alekseev M. V., Samsonov V. P., Semenov O. Y. Simulation of Hydrodynamic Phenomena Attendant on the Flame Front Propagation in a Tube Behind a Piston // Technical Physics. The Russian Journal of Applied Physics. 2014. Vol. 59, № 1. P. 52–59.Valiev D.M., Akkerman V., Kuznetsov M., Eriksson L. E. et al. Influence of Gas Compression on Flame Acceleration in the Early Stage of Burning in Tubes // Combustion and Flame. 2013. Vol. 160, P. 97–111.Valiev D.M., Akkerman V., Kuznetsov M., Eriksson L. E. et al. Influence of Gas Compression on Flame Acceleration in the Early Stage of Burning in Tubes // Combustion and Flame. 2013. Vol. 160, P. 97–111.Bychkov V., Akkerman V., Fru G., Petchenko A., Eriksson L. E. Flame Acceleration in the Early Stages of Burning in Tubes // Combustion and Flame. 2007. Vol. 150. P. 263–276.Bychkov V., Akkerman V., Fru G., Petchenko A., Eriksson L. E. Flame Acceleration in the Early Stages of Burning in Tubes // Combustion and Flame. 2007. Vol. 150. P. 263–276.Fedorov A. V., Istratov A. G., Kidin N. I. Investigation of Flame Front Tulip and Cellular Configurations // Ninth International Conference on Numerical Combustion, Italy, Sorento. Book of Abstract Paper. 2002. № 48. P. 101–102.Fedorov A. V., Istratov A. G., Kidin N. I. Investigation of Flame Front Tulip and Cellular Configurations // Ninth International Conference on Numerical Combustion, Italy, Sorento. Book of Abstract Paper. 2002. № 48. P. 101–102.Alekseev M. M., Samsonov V. P., Semenov O. Y. Relaxation Combustion of Gas Mixture in a Tube: Paradox Piston Motion // Technical Physics Letters. 2013. № 5 (39). P. 435–437.Alekseev M. M., Samsonov V. P., Semenov O. Y. Relaxation Combustion of Gas Mixture in a Tube: Paradox Piston Motion // Technical Physics Letters. 2013. № 5 (39). P. 435–437.Radisson B., Piketty-Moine J., Almarcha C. Coupling of Vibro-Acoustic Waves with Premixed Flame // Physical Review Fluids, American Physical Society. 2019. Vol. 4 (12), P. 1–12.Radisson B., Piketty-Moine J., Almarcha C. Coupling of Vibro-Acoustic Waves with Premixed Flame // Physical Review Fluids, American Physical Society. 2019. Vol. 4 (12), P. 1–12.Alexeev M. M., Semenov O. Yu., Yakush S. E. Experimental Study on Cellular Premixed Propane Flames in a Narrow Gap between Parallel Plates // Combustion Science and Technology. 2019. Vol. 191, № 7. P. 1256–1275.Alexeev M. M., Semenov O. Yu., Yakush S. E. Experimental Study on Cellular Premixed Propane Flames in a Narrow Gap between Parallel Plates // Combustion Science and Technology. 2019. Vol. 191, № 7. P. 1256–1275.Zhao D., Li J. Feedback Control of Combustion Instabilities Using a Helmholtz Resonator with an Oscillating Volume // Combustion Science and Technology. 2012. Vol. 184, № 5. P. 694–716.Zhao D., Li J. Feedback Control of Combustion Instabilities Using a Helmholtz Resonator with an Oscillating Volume // Combustion Science and Technology. 2012. Vol. 184, № 5. P. 694–716.Максимов Д. Ю. Асимптотические режимы горения в широких трубах // Матем. моделирование. 2007. Т. 19, № 10. С. 15–28.Максимов Д. Ю. Асимптотические режимы горения в широких трубах // Матем. моделирование. 2007. Т. 19, № 10. С. 15–28.Подымов В. Н., Гильфанов К. Х., Сибгатуллин И. Ф., Мингатин И. И. Характеристики в одномерном приближении релаксационных колебаний пламени в канале // Проблемы энергетики. 2012. № 1–2. С. 34–40.Подымов В. Н., Гильфанов К. Х., Сибгатуллин И. Ф., Мингатин И. И. Характеристики в одномерном приближении релаксационных колебаний пламени в канале // Проблемы энергетики. 2012. № 1–2. С. 34–40.Huahua X., Jinhua S., Peng Ch. Experimental and Numerical Study of Premixed Hydrogen/ Air Flame Propagating in a Combustion Chamber // Journal of Hazardous Materials. 2014. Vol. 268, P. 132–139. DOI 10.1016/j.jhazmat.2013.12.060.Huahua X., Jinhua S., Peng Ch. Experimental and Numerical Study of Premixed Hydrogen/ Air Flame Propagating in a Combustion Chamber // Journal of Hazardous Materials. 2014. Vol. 268, P. 132–139. DOI 10.1016/j.jhazmat.2013.12.060.Алексеев М. М., Семенов О. Ю. Диффузионно-тепловые и гидродинамические эффекты при распространении фронта пламени в релаксационной камере сгорания с изменяющейся площадью поперечного сечения // Вестник кибернетики. 2020. № 3. C. 6–15.Алексеев М. М., Семенов О. Ю. Диффузионно-тепловые и гидродинамические эффекты при распространении фронта пламени в релаксационной камере сгорания с изменяющейся площадью поперечного сечения // Вестник кибернетики. 2020. № 3. C. 6–15.Рубцов Н. М., Сеплярский Б. С., Набоко И. М., Черныш В. И., Цветков Г. И., Трошин К. Я. Взаимодействие ламинарных пламен метано-воздушных смесей с мелкоячеистыми плоскими и сферическими препятствиями в замкнутом цилиндрическом реакторе при инициировании искровым разрядом // Химическая физика и мезоскопия. 2015. Т. 17, № 2. С. 183–191.Рубцов Н. М., Сеплярский Б. С., Набоко И. М., Черныш В. И., Цветков Г. И., Трошин К. Я. Взаимодействие ламинарных пламен метано-воздушных смесей с мелкоячеистыми плоскими и сферическими препятствиями в замкнутом цилиндрическом реакторе при инициировании искровым разрядом // Химическая физика и мезоскопия. 2015. Т. 17, № 2. С. 183–191.Иванов В. С., Фролов С. М. Математическое моделирование распространения пламени в гладких трубах и трубах с регулярными препятствиями // Пожаробезопасность. 2010. Т. 19, № 1. С. 14–19.Иванов В. С., Фролов С. М. Математическое моделирование распространения пламени в гладких трубах и трубах с регулярными препятствиями // Пожаробезопасность. 2010. Т. 19, № 1. С. 14–19.Шрагер Э. Р., Васенин И. М., Сабденов К. О. Сравнительный анализ результатов решения задачи о диффузионно-тепловой неустойчивости пламени // Изв. Томск. политех. ун-та. 2005. Т. 308, № 6. С. 28–33.Шрагер Э. Р., Васенин И. М., Сабденов К. О. Сравнительный анализ результатов решения задачи о диффузионно-тепловой неустойчивости пламени // Изв. Томск. политех. ун-та. 2005. Т. 308, № 6. С. 28–33.Семенов О. Ю. Исследование релаксационного распространения пламени в каналах : автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Томск, 2014. 23 с. URL: http://vital.lib.tsu.ru/vital/access/ manager/Repository/vtls:000476181 (дата обращения: 22.02.2021).Семенов О. Ю. Исследование релаксационного распространения пламени в каналах : автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Томск, 2014. 23 с. URL: http://vital.lib.tsu.ru/vital/access/ manager/Repository/vtls:000476181 (дата обращения: 22.02.2021).

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