Экспериментальное и численное исследование пламен предварительно перемешанных смесей CH$_4$/CH$_3$Cl/O$_2$/N$_2$ с высоким содержанием кислорода

Проведено всестороннее экспериментальное и численное исследование влияния добавки хлористого метила CH$_3$Cl на пламена предварительно перемешанных смесей CH$_4$/O$_2$/N$_2$ с большим избытком кислорода. Измерена нормальная скорость распространения ламинарных пламен CH$_4$/O$_2$/N$_2$ с помощью горелки Бунзена при комнатной температуре и атмосферном давлении в зависимости от концентрации добавки CH$_3$Cl, коэффициента избытка горючего в исходной смеси и концентрации кислорода. Измерены также концентрации основных компонентов и NO в конечных продуктах горения. Для моделирования структуры пламени использовался кинетический механизм, включающий 89 компонентов и 1,017 элементарных реакций с их участием.
Предсказанные с помощью данной модели значения скорости распространения пламени хорошо согласуются с результатами эксперимента. Атомы хлора, образующиеся при горении хлористого метила, ингибируют пламена с повышенным содержанием кислорода, что приводит к снижению скорости пламени. Этот эффект сильнее проявляется в богатых пламенах, чем в бедных. Результаты моделирования показали, что увеличение мольной доли CH$_3$Cl в метановом пламени не приводит к заметному изменению его конечной температуры. Однако, как показали измерения, при мольной доле кислорода 0.3 и тех же количествах метилхлорида и метана в смеси концентрация NO в пламени снижается приблизительно на 35%. Это происходит благодаря уменьшению концентрации свободных радикалов в пламени, связанных с образованием NO. По данным моделирования в пламенах, обогащенных кислородом, при увеличении концентрации добавки CH$_3$Cl сильно уменьшается выделение тепла. Скорость реакции OH + H$_2$ $\to$ H + H$_2$O, по-видимому, уменьшается за счет снижения концентрации ОН. Тем не менее эффективность CH$_3$Cl как ингибитора углеводородных пламен падает с увеличением коэффициента избытка кислорода от 0.21 до 0.5.