Free access
Issue
J. Chim. Phys.
Volume 96, Number 7, July/August 1999
Page(s) 1146 - 1171
DOI http://dx.doi.org/10.1051/jcp:1999204
DOI: 10.1051/jcp:1999204


J. Chim. Phys. Vol. 96, N°7  p. 1146-1171

Chemical structure of methane and ethane flames

B. Crunelle, A. Turbiez and J.-F. Pauwels

Laboratoire de Cinétique et Chimie de la Combustion, UMR 8522 du CNRS, Centre d'Études et de Recherches sur les Lasers et Applications, Université des Sciences et Technologies de Lille, 59655 Villeneuve-d'Ascq cedex, France

Abstract
Premixed laminar CH 4/O 2/Ar ( $\Phi=0.69$; 1; 1.18) and C 2H 6/O 2/Ar ( $\Phi=1$) flat flames have been studied at low-pressure. The experimental results were compared with predictions from a deatiled kinetic mechanism including 65 species involved in 454 reactions. Particular attention was given for the key intermediate species intermédiaires CH 3, CH 2O, C 2H 5, C 2H 4, C 2H 2, C 3H 8 and C 3H 6. In methane flames, the fraction of methyl radicals leading to the C 2 oxidation route is found to be very low. The C 1/C 2 coupling is mainly via CH 3 + CH 3 $\to$ C 2H 5 + H reaction and less significantly via CH 3 + CH $\to$ C 2H 4 + H 2 and CH 3 + CH $\to$ C 2H 6. In an ethane flame, the linkage between the C 2 and C 1 oxidation routes occurs muchmore easily, mainly via C 2H 5 + H $\to$ 2 CH 3. However, the reaction of vinyl radicals with molecular oxygen in C 2H 3 + O 2 $\to$ CH 2O + HCO contributes significantly to the formation of CH 2O and HCO. Finally, the C 3 chemistry begins with the formation of both C 3H 6 anc C 3H 8 via C 2H 3 + CH $\to$ C 3H 6 and C 2H 5 + CH 3 + M $\to$ C 3H 8 + M.

Résumé
Des flammes plates prémélangées CH 4/O 2/Ar ( $\Phi=0.69$ ; 1 ; 1,18) et C 2H 6/O 2/Ar ( $\Phi=1$) ont été étudiées à basse pression. Les résultats expérimentaux sont comparés à ceux obtenus par modélisation à partir d'un mécanisme chimique détaillé comprenant 65 espèces impliquées dans 454 réactions. Les espèces intermédiaires CH 3, CH 2O, C 2H 5, C 2H 4, C 2H 2, C 3H 8 et C 3H 6 ont été étudiées de façon plus approfondie. Dans les flammes de méthane, les radicaux méthyle influencent peu la voie d'oxydation en C 2. Le couplage C 1/C 2 est dû principalement à la réaction CH 3 + CH 3 $\to$ C 2H 5 + H, les réactions CH 3 + CH $\to$ C 2H 4 + H 2 et CH 3 + CH $\to$ C 2H 6 jouant un rôle moins important. Dans la flamme d'éthane, le lien entre les voies d'oxydation en C 2 et C 1 se fait par la réaction C 2H 5 + H $\to$ 2 CH 3. Cependant, la réaction des radicaux vinyle avec O 2, C 2H 3 + O 2 $\to$ CH 2O + HCO contribue de façon significative à la formation de CH 2O et HCO. Finalement, la voie en C 3 a lieu principalement par formation de C 3H 6 et C 3H 8 selon les réactions C 2H 3 + CH $\to$ C 3H 6 et C 2H 5 + CH 3 + M $\to$ C 3H 8 + M.


Key words: flame -- methane -- ethane -- chemical mechanism
Contents

© EDP Sciences 1999