Радиационное погасание ламинарного диффузионного пламени над плоской пористой горелкой в условиях невесомости. Численное моделирование

Численно исследована динамика формирования и погасания ламинарных диффузионных пламен метана и этилена, образующихся в окислительной среде в невесомости над поверхностью плоской пористой горелки. Расчеты воспроизводят условия экспериментов, выполняющихся в рамках проекта BRE – Фламенко программы ACME, нацеленной на исследование горения при отсутствии гравитации. Трехмерная нестационарная модель, учитывающая многостадийные и многокомпонентные химические механизмы окисления горючих, образование и окисление сажи, а также тепловое излучение продуктов сгорания, апробирована для струйного ламинарного диффузионного пламени метана в условиях нормальной гравитации и для пламени этилена в условиях кратковременной невесомости при свободном падении в испытательной башне. Расчеты пламен, формирующихся при длительной невесомости, выполнены для диапазона расходов горючего, характерного для горения твердых и жидких горючих материалов. Во всех рассмотренных случаях горение протекает в нестационарном режиме, несмотря на постоянный расход горючего. Стадия роста пламени сопровождается непрерывным снижением температуры в зоне реакции из-за теплопотерь излучением с последующим локальным погасанием, пульсациями пламени и полным прекращением горения. Показано влияние вида и расхода горючего на длительность существования пламени и динамику его распада. Выявлена чувствительность результатов расчетов к используемому химическому механизму. Установлено, что доля энергии, излучаемой пламенем в невесомости, на порядок превышает соответствующее значение для пламени в условиях нормальной гравитации. Показано, что лучистые теплопотери являются причиной потери устойчивости и погасания пламени.