Grzegorz Rarata

Badanie górnej granicy wybuchowości wodoru oraz gazowych alkanów w powietrzu i tlenie w warunkach podwyższonego ciśnienia i temperatury

Streszczenie:

Przedstawiono koncepcję doświadczalnego określenia wpływu ciśnienia i temperatury na wartość górnej granicy wybuchowości (GGW) wodoru oraz gazowych alkanów w ich mieszaninach z powietrzem i tlenem. Wysunięto tezę, iż można dowieść na drodze doświadczalnej, że GGW mieszanin powyższych gazów zależy nie tylko od podstawowych parametrów makroskopowych mieszaniny lecz także od bardzo specyficznych procesów fizyko-chemicznych, które zachodzą w reagującej mieszaninie o stężeniu granicznym.

Jedną z przyczyn występowania specyficznego rodzaju mechanizmów utleniania (takich np. jak nisko­temperaturowy mechanizm utleniania alkanów) mieszanin o stężeniach bliskich GGW, oprócz odpowiednich parametrów początkowych temperatury i/lub ciśnienia, są ich immanentne cechy budowy cząsteczkowej składnika palnego. W celu udowodnienia przedstawionej tezy, w pracy posłużono się wynikami badań ekspe­rymentalnych przeprowadzonych na trzech specjalnie zaprojektowanych do tego celu stanowiskach o różnej geometrii oraz objętości komór wybuchowych, tj.: kulistym naczyniu stalowym o objętości 2,3 dm³, wydłu­żonej komorze pionowej o objętości 42 dm³ oraz wydłużonej komorze poziomej o objętości 1300 dm³.

Praca składa się z trzech zasadniczych części. W pierwszej dokonano analizy teoretycznej tytułowego za­gadnienia pracy; przedstawiono jej cel i zakres, obszerny opis teorii oraz przegląd literatury. W drugiej części doświadczalnej przedstawiono opis stanowisk badawczych, motywację stojącą za przyjętą metodyką badań oraz zaprezentowane zostały uzyskane wyniki. Jest więc to przedstawienie właściwej pracy eksperymentalnej. W trzeciej części pracy znalazły się przykładowe obliczenia termodynamiczne oraz omówienie całości wyni­ków. Zamieszczone tam obliczenia termodynamiczne wykonane zostały za pomocą programu komputerowe­go Cantera oraz odpowiednich mechanizmów reakcji. Znajduje się tam również omówienie oraz analiza otrzymanych rezultatów wraz z ich dyskusją.

Stwierdzono m.in. odmienny charakter wpływu parametrów początkowych na wartość GGW dla miesza­nin wodoru oraz węglowodorów - spowodowany wystąpieniem różnych, odmiennych jakościowo, mechani­zmów procesu utleniania. Dla mieszanin wodorowych dominuje wysokotemperaturowy, rodnikowo­-łańcuchowy mechanizm utleniania. W przypadku węglowodorów takich jak n-butan możliwe jest wystąpienie LTOM (Low Temperature Oxidation Mechanism). Określenie wpływu powyższych czynników na proces spalania mieszanin granicznych może dostarczyć kolejnych wskazówek odnośnie bardziej krytycznego podej­ścia w kwestii wyznaczania wartości GGW mieszanin znajdujących się w podwyższonych warunkach, zwłaszcza w odniesieniu do szeroko pojętych norm bezpieczeństwa.