Badania eksperymentalne i numeryczne detonacji mieszanin wodorowo-powietrznych

• Autorzy: Żbikowski M. , Dąbkowski A. , Lesiak P. , Bąk D. , Dziechciarz A. , Teodorczyk A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/62.2017.4.25

Warianty tytułu

EN

Experimental and numerical studies on detonation of hydrogen-air mixtures

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wyznaczono parametry detonacji mieszanin wodorowo-powietrznych w szerokim zakresie stężeń wodoru w powietrzu (15–60% obj.). Stanowisko eksperymentalne składało się z rury detonacyjnej o średnicy wewnętrznej 0,17 m i długości 9,0 m, zamkniętej z obu stron, sekcji napędzającej o długości 0,6 m, umieszczonej wewnątrz kanału, oraz systemu akwizycji danych (czujniki ciśnienia, sondy jonizacyjne). Do zmierzenia wielkości komórek detonacyjnych wykorzystano folię z naniesioną sadzą. Celem badań było znalezienie górnej i dolnej granicy spalania detonacyjnego, a także wyznaczenie charakterystycznych wielkości komórek detonacyjnych oraz prędkości propagacji fali detonacyjnej. Teoretyczne parametry detonacji (prędkość propagacji i czas indukcji) określono na podstawie modelu Zeldovicha, von Neumanna i Doringa (ZND). Badania eksperymentalne wykorzystano do walidacji symulacji numerycznej przeprowadzonej w programie OpenFoam. Wyniki obliczeń porównano z danymi eksperymentalnymi. Model bazował na równaniach Naviera i Stokesa uśrednionych metodą Reynoldsa (RENS) oraz równaniu transportu, w którym człon źródłowy odpowiadał za samozapłon mieszaniny.

EN

H₂-air mixts. (H₂ content 15–60% by vol.) were detonated to det. the wave propagation rate and induction time. The exptl. data were used for validation of a numerical simulation. A good agreement of the data was achieved.

Słowa kluczowe

PL

mieszaniny wodorowo-powietrzne; detonacja; badania numeryczne; badania eksperymentalne

EN

hydrogen-air mixtures; detonation; numerical studies; experimental studies

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przemysł Chemiczny
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 96, nr 4
• Strony: 858--862
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., wykr.

Twórcy

autor

Żbikowski M.

• Zakład Silników Lotniczych, Instytut Techniki Cieplnej, Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, Politechnika Warszawska, ul. Nowowiejska 21/25, 00-665 Warszawa

autor

Dąbkowski A.

• Politechnika Warszawska

autor

Lesiak P.

• Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej – Państwowy Instytut Badawczy, Józefów

autor

Bąk D.

• Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej – Państwowy Instytut Badawczy, Józefów

autor

Dziechciarz A.

• Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej – Państwowy Instytut Badawczy, Józefów

autor

Teodorczyk A.

• Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] J. Lee, Ann. Rev. Fluid Mech. 1984, 16, 311.
• [2] P. Clavin, Theory of gaseous detonations. On the electrodynamics of moving bodies, American Institute of Physics, 2004.
• [3] L. Bauwens, First European Summer School on Hydrogen Safety, Belfast 2006, www.hysafe.org/science/eAcademy/docs/1stesshs/presentations/ first_talk.pdf.
• [4] W, Ficket, W. Davis, Detonation. Theory and experiment, Dover Publications Inc., 2000.
• [5] E. Oran, The structure of propagating detonations. Gaseous and heterogeneous detonations, ENAS Publishers, 1999.
• [6] G. Ciccarelli, S. Dorofeev, Prog. Energy Combust. Sci. 2008, 34, 499.
• [7] J.E. Shepherd, Proc. Combust. Inst. 2009, 32, 83.
• [8] Y. Zeldovich, J. Exp. Theor. Phys. 1940, 10, 542.
• [9] J.V. Neumann, Theory of detonation waves, New York 1942.
• [10] W. Doring, Ann. Phys. 1943, 43, 421.
• [11] D.L. Chapman, Phil. Mag. 1899, 47, 90.
• [12] J.C.E. Jouguet, J. Math. Pures Appl. 1905, 1, 347.
• [13] J.H.S. Lee, The detonation phenomenon, Cambridge University Press, 2008.
• [14] www.openfoam.com.
• [15] F. Ettner, http://sourceforge.net/projects/ddtfoam.
• [16] F. Ettner, K.G. Vollmer, T. Sattelmayer, J. Combust. 2014, http://dx.doi. org/10.1155/2014/686347.
• [17] E.F. Toro, M. Spruce, W. Speares, Shock Waves 1994, 4, nr 1, 25.
• [18] http://openfoamwiki.net/index.php/OpenFOAMguide/Limiters.
• [19] R.J. Kee, F.M. Rupley, J.A. Miller, www.sandia.gov/chemkin.
• [20] R.B. Bird, W.E. Stewart, E.N. Lightfoot, Transport phenomena, Wiley, New York 2001.
• [21] H.G. Weller, G. Tabor, A.D. Gosman, Symp. Combust. 1998, 27, 899.
• [22] D. Goodwin, http://code.google.com/p/cantera.
• [23] M. O’Conaire, Int. J. Chem. Kinet. 2004, 36, nr 11, 603.
• [24] M. Kaneshige, J.E. Shepherd, Detonation database. Technical Report FM97-8, 1997, www.galcit.caltech.edu/detn_db/html.

Uwagi

PL

Praca wykonana w ramach grantu DOBRBIO4/052/13073/2013 „Innowacyjne technologie zabezpieczeń przed wybuchem, w tym obiektów szczególnie chronionych” finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Badania przeprowadzono w Centrum Naukowo Badawczym Ochrony Przeciwpożarowej – Państwowym Instytucie Badawczym w Józefowie.