Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Experimental and numerical research on the detonation in layered hydrogen – air mixtures

Mariusz Twarowski

Abstract

This work is dedicated to the experimental research and numerical simulations of a detonative combustion in hydrogen – air mixtures, in layered configurations. The layered configuration used in this work consists of a vertical layer of combustible mixture, which is confined from top and bottom and two volumes of an inert gas (air) which surrounds the combustible mixture from the unconfined sides. The work is divided into six chapters. The first chapter contains basic information about detonative combustion. Basing on the literature, the basic theory, concepts, models and experimentally proven properties are described A short review of available tools for numerical analyses of detonation is presented in chapter 2. Particular emphasis is put on “ddtFoam” – a CFD code developed as a part of OpenFoam environment by Florian Ettner et al. (Munchen Technical Univeristy) in 2013. It is freely available under OpenSource license. It is also a main computational tool in this work. The third chapter presents results of an experimental study. The basic parameters of detonation front (maximum pressure and velocity) are investigated for various thicknesses of combustible mixture layer. Additionally, the minimum thickness necessary for a stable detonation propagation is determined. Research is performed on two mixtures – one with 29.6% of volumetric hydrogen concentration (stoichiometric) and the other with 40% (the concentrations stand only for the combustible layer). The results of numerical simulations are presented in chapter 4. The emphasis is put on achieving the best possible agreement with experiments. The results obtained from both studies are compared, and on this basis the accuracy of the numerical model used in “ddtFoam” is evaluated. Two last chapters contain a summary and references.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Mariusz Twarowski (FPAE) Mariusz Twarowski,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Badania eksperymentalne i numeryczne zjawiska detonacji w uwarstwionych mieszaninach wodorowo-powietrznych
Supervisor
Mateusz Żbikowski (FPAE/IHE) Mateusz Żbikowski,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)
Study subject / specialization
, Lotnictwo i Kosmonautyka
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
19-02-2016
Issue date (year)
2016
Pages
50
Internal identifier
MEL; PD-3553
Reviewers
Mateusz Żbikowski (FPAE/IHE) Mateusz Żbikowski,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Andrzej Teodorczyk (FPAE/IHE) Andrzej Teodorczyk,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
detonacja, wodór, powietrze, mieszanina uwarstwiona
Keywords in English
detonation, hydrogen, air, layered mixture
Abstract in Polish
Niniejsza praca poświęcona jest doświadczeniom laboratoryjnym oraz obliczeniom numerycznym zjawiska spalania detonacyjnego mieszanin wodorowo – powietrznych w układzie uwarstwionym. Przez układ uwarstwiony rozumie się tutaj pionową warstwę mieszaniny palnej, od góry i dołu ograniczoną ścianami kanału, natomiast z boków – obojętnym gazem (powietrzem). Praca podzielona jest na sześć rozdziałów. Rozdział pierwszy zawiera podstawowe wiadomości dotyczącyce spalania detonacyjnego. Bazując na dostępnej literaturze, omówiona została w nim podstawowa teoria, pojęcia, modele oraz właściwości stwierdzone eksperymentalnie. W drugim rozdziale znajduje się krótki przegląd dostępnych narzędzi do analiz numerycznych spalania detonacyjnego, ze szczególnym uwzględnieniem kodu CFD „ddtFoam”, stworzonego jako dodatek do pakietu OpenFoam przez Floriana Ettnera et al. (Uniwersytet techniczny w Monachium) w 2013 roku. Kod jest ogólnodostępny na licencji „OpenSource”. Został on użyty w pracy jako główne narzędzie obliczeniowe. Trzeci rozdział przedstawia wyniki badań laboratoryjnych. Zbadane zostały parametry fali detonacyjnej – jej prędkość oraz wartość piku ciśnienia, przy różnych grubościach warstwy mieszaniny palnej. Wyznaczona została także grubość minimalna, poniżej której nie jest możliwa stabilna detonacja. Przebadane zostały dwie mieszaniny wodorowo – powietrzne, odpowiednio o stężeniu objętościowym wodoru równym 29.6% (stechiometryczna) oraz 40% (podane stężenia dotyczą wyłącznie warstwy mieszaniny palnej). W rozdziale czwartym zaprezentowane zostały wyniki symulacji numerycznych przeprowadzonych pod kątem uzyskania jak najlepszego odzwierciedlenia zjawisk zbadanych w laboratorium. Na podstawie porównania rezultatów jednych i drugich badań oceniona została dokładność zastosowanego modelu numerycznego. Dwa ostatnie rozdziały stanowią podsumowanie oraz bibliografia.
File
  • File: 1
    Badania_eksperymentalne_i_numeryczne_zjawiska_detonacji_w_uwarstwionych_mieszaninach_wodorowo_powietrznych.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 9347

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT124cc1a3f10549fe8c7e6a9aac626f23/
URN
urn:pw-repo:WUT124cc1a3f10549fe8c7e6a9aac626f23

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page