Transición de Deflagración a Detonación en Mezclas Estequiométricas de Propano-Hidrógeno-Aire
Autores: Shamshin, Igor O.; Kazachenko, Maxim V.; Frolov, Sergey M.; Basevich, Valentin Y.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Transición de Deflagración a Detonación en Mezclas Estequiométricas de Propano-Hidrógeno-Aire
Categoría
Energía
Subcategoría
Tecnología de combustibles
Palabras clave
Hidrocarburo
Hidrógeno
Detonabilidad
DDT
Mezclas
Sensibilidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
Las mezclas de hidrocarburos e hidrógeno se consideran a menudo como combustibles ambientalmente amigables para plantas de energía, motores de pistón, aparatos de calefacción, estufas domésticas, etc. Sin embargo, la adición de hidrógeno a un combustible hidrocarburado plantea un riesgo potencial de explosión accidental debido a la alta reactividad del hidrógeno. En este manuscrito, se estudia experimentalmente la detonabilidad de las mezclas estequiométricas de CH-H-aire en términos del tiempo de avance y la distancia de la transición de deflagración a detonación (DDT). La fracción de volumen de hidrógeno en las mezclas varió de 0 a 1. Se utilizaron tres configuraciones diferentes de tubos de detonación para asegurar la DDT en las mezclas de diversas composiciones. Se encontró que las dependencias medidas del tiempo de avance y la distancia de DDT en función de la fracción de volumen de hidrógeno eran no lineales y, en algunos casos, no monótonas con máximos locales. Se demuestra que la detonabilidad del combustible mezclado aumenta bruscamente solo a una fracción de volumen de hidrógeno relativamente grande (por encima del 70%), es decir, la adición de hidrógeno al propano en cantidades inferiores al 70% vol. no afecta significativamente la detonabilidad del combustible mezclado. Se muestra que las dependencias no lineales/no monótonas son la manifestación de las propiedades fisicoquímicas de las mezclas que contienen hidrógeno. Un aumento en la fracción de volumen de hidrógeno se acompaña de efectos que conducen tanto a un aumento como a una disminución en la sensibilidad de la mezcla a la DDT. Así, por un lado, el aumento en la fracción de volumen de hidrógeno incrementa la sensibilidad de la mezcla a la DDT debido a un aumento en la velocidad de llama laminar y una disminución en el retraso de autoignición a isoterma superiores a 1000 K y presiones relevantes para la DDT. Por otro lado, la sensibilidad de la mezcla a la DDT disminuye debido al aumento en la velocidad del sonido en la mezcla que contiene hidrógeno, lo que lleva a una disminución en el número de Mach de la onda de choque líder que se propaga delante de la llama, y a un aumento correspondiente en el retraso de autoignición. Además, para las mezclas de CH-H-aire a isoterma por debajo de 1000 K y presiones relevantes para la DDT, el retraso de autoignición aumenta con la fracción de volumen de hidrógeno.
Descripción
Las mezclas de hidrocarburos e hidrógeno se consideran a menudo como combustibles ambientalmente amigables para plantas de energía, motores de pistón, aparatos de calefacción, estufas domésticas, etc. Sin embargo, la adición de hidrógeno a un combustible hidrocarburado plantea un riesgo potencial de explosión accidental debido a la alta reactividad del hidrógeno. En este manuscrito, se estudia experimentalmente la detonabilidad de las mezclas estequiométricas de CH-H-aire en términos del tiempo de avance y la distancia de la transición de deflagración a detonación (DDT). La fracción de volumen de hidrógeno en las mezclas varió de 0 a 1. Se utilizaron tres configuraciones diferentes de tubos de detonación para asegurar la DDT en las mezclas de diversas composiciones. Se encontró que las dependencias medidas del tiempo de avance y la distancia de DDT en función de la fracción de volumen de hidrógeno eran no lineales y, en algunos casos, no monótonas con máximos locales. Se demuestra que la detonabilidad del combustible mezclado aumenta bruscamente solo a una fracción de volumen de hidrógeno relativamente grande (por encima del 70%), es decir, la adición de hidrógeno al propano en cantidades inferiores al 70% vol. no afecta significativamente la detonabilidad del combustible mezclado. Se muestra que las dependencias no lineales/no monótonas son la manifestación de las propiedades fisicoquímicas de las mezclas que contienen hidrógeno. Un aumento en la fracción de volumen de hidrógeno se acompaña de efectos que conducen tanto a un aumento como a una disminución en la sensibilidad de la mezcla a la DDT. Así, por un lado, el aumento en la fracción de volumen de hidrógeno incrementa la sensibilidad de la mezcla a la DDT debido a un aumento en la velocidad de llama laminar y una disminución en el retraso de autoignición a isoterma superiores a 1000 K y presiones relevantes para la DDT. Por otro lado, la sensibilidad de la mezcla a la DDT disminuye debido al aumento en la velocidad del sonido en la mezcla que contiene hidrógeno, lo que lleva a una disminución en el número de Mach de la onda de choque líder que se propaga delante de la llama, y a un aumento correspondiente en el retraso de autoignición. Además, para las mezclas de CH-H-aire a isoterma por debajo de 1000 K y presiones relevantes para la DDT, el retraso de autoignición aumenta con la fracción de volumen de hidrógeno.