Особенности низкотемпературного окисления H2 кислородом в среде N2, CO2 и водяного пара при высоких плотностях реагентов
Впервые при равномерном (1 К/мин) нагреве смеси H2/O2высокого давления (ρH2= 0,70–1,89 моль/л, ρO2= 0,32–0,81 моль/л) в среде N2, CO2или H2O (от 46 до 76 % мол.) в трубчатом реакторе из нержавеющей стали исследованы особенности горения H2. Определены температуры самовоспламенения и выявлены механизмы влияния разбавителей на динамику окисления H2. Установлено, что температура самовоспламенения смесей H2/O2/N2 и H2/O2/H2O на 30 К ниже, чем смеси H2/O2/CO2. Обнаружено, что небольшая добавка воды уменьшает температуру самовоспламенения смесей H2/O2/N2 и H2/O2/CO2 и приводит к цепно-тепловому взрыву в среде CO2. Уменьшение доли разбавления за счёт увеличения плотности H2/O2 также приводит к цепно-тепловому взрыву в среде CO2 и H2O. Показано, что H2 окисляется по механизму сопряженных процессов гетерогенного (преобладает в среде N2 и CO2) и гомогенного (преобладает в среде H2O) окисления. Различие объясняется диссоциацией хемосорбированных молекул H2O. Установлено, что молекулы H2O и CO2 химически участвуют в окислении водорода. Эффект ускорения окисления H2 в среде H2O объяснён колебательной накачкой молекул O2 колебательно-возбуждёнными молекулами H2O*.
Исследования проведены в интервале температур и давлений (плотностей), где раньше исследования не проводились. Получены новые экспериментальные данные, объясняющие механизмы горения водорода в плотных смесях. Результаты проведённого исследования важны при проектировании установок и разработке технологий сжигания топлив непосредственно в среде теплоносителя, например, в среде плотного водяного пара или сверхкритической воде.
ИТ СО РАН, гл. н. с., д. ф.-м. н. Востриков А.А., в. н. с., д. х. н. Федяева О.Н., с. н. с., к. х. н. Шишкин А.В., м. н. с. Сокол М.Я., тел.: 8(383) 330-80-94.