Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Experiments and numerical simulations of hydrogen-air mixture combustion in the channel with obstalces

Pavel Bahuschevich, Wojciech Rudy

Abstract

Niniejsza praca miała na celu przestudiowanie wpływu konfiguracji przeszkód i wysokości kanału na szybkość procesu przejścia od spalania deflagracyjnego do detonacyjnego (DDT - Deflagration to Detonation Transition). Praca składa się z dwóch części. Część pierwszą stanowią badania eksperymentalne obejmujące cztery różne wielkości kanału (oznaczone A, B, C, D) o współczynniku przekrycia WP = 0,5. W każdym przypadku kanał miał 2 m długości i szerokość 0,11 m. Dla każdej konfiguracji przeszkód mieszaniną badaną była mieszanina stechiometryczna wodoru z powietrzem (29,6% H2). W przypadku A (H = 10 mm) wykonano dodatkowe badania używając dwóch mieszanin o stężeniu wodoru w powietrzu równym: 25% i 20%. Parametry początkowe mieszaniny to temperatura 293 K i ciśnienie 0,1 MPa. Część druga pracy to symulacje numeryczne przeprowadzone przy pomocy programu DETO2D opracowanego w Zakładzie Silników Lotniczych Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej. Wyniki badań eksperymentalnych dowiodły, że konfiguracja przeszkód i wielkość kanału ma znaczący wpływ na szybkość propagacji fal spalania. W przypadku A (H = 10 mm) zaobserwowano szybką deflagrację turbulentną. W przypadku tym wykazano również, że obniżenie stężenia wodoru w powietrzu o 5% lub o 10% zmniejsza prędkość propagacji płomienia odpowiednio o ok. 12% i ok. 25%. W przypadku B (H = 20 mm) dominującym reżimem spalania była szybka deflagracja turbulentna, a w kilku eksperymentach zaobserwowano lokalne przejście do quasi-detonacji (w odległości ok. 0,6 - 0,8 m od punktu zapłonu) o prędkości propagacji ok. 1850 m/s. Detonacja ta została wytłumiona do deflagracji na długości 2-3 przeszkód (80 – 120 mm). W przypadku C (H = 40 mm) zaobserwowano przyspieszenie płomienia turbulentnego i nagłe przejście do quasi-detonacji z prędkością propagacji fali ok. 1500 m/s, która następnie została wytłumiona na odcinku ok. 0,2 m po pokonaniu 2 przeszkód. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że ponowna inicjacja detonacji miała miejsce w dalszej części kanału. W przypadku D (H = 80 mm) mamy do czynienia z klasycznym procesem DDT. Płomień turbulentny przyspiesza na odcinku ok. 0,16 m o wartość rzędu 1000 m/s i następnie poprzez tłumiące działanie przeszkód stabilizuje się na poziomie prędkości ok. 1700 m/s. Zaobserwowano również w paru eksperymentach przejście do przegonionej detonacji Chapmana-Jougueta (C-J), a następnie jej wytłumienie do quasi-detonacji. Część numeryczna niniejszej pracy obejmowała symulacje rozprzestrzeniania się fali detonacyjnej w kanale odpowiadającym geometrii przypadku D opisanego w części eksperymentalnej. Przeprowadzone symulacje wykazały duże podobieństwo do przeprowadzonych badań eksperymentalnych. Odnosi się to w szczególności do geometrii fal odbitych od przeszkód i ścianek kanału. Złożoność fal i ich ciągłe odbicia zostały potwierdzone w części eksperymentalnej, gdzie czujniki ciśnienia wskazywały kolejne malejące w czasie piki ciśnienia. W symulacji zaobserwowano również lokalny wybuch, który zainicjował przejście do detonacji co potwierdza założony model SWACER (Shock Wave Amplification by Coherent Energy Release), wzmocnienie fali uderzeniowej przez koherentne uwolnienie energii.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Pavel Bahuschevich (FPAE) Pavel Bahuschevich,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Wojciech Rudy (FPAE) Wojciech Rudy,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Badania eksperymentalne i symulacje numeryczne spalania mieszaniny wodorowo-powietrznej w kanale z przeszkodami
Supervisor
Andrzej Teodorczyk (FPAE/IHE) Andrzej Teodorczyk,, 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
20-03-2007
Issue date (year)
2007
Pages
105
Internal identifier
MEL; PD-332
Reviewers
Andrzej Teodorczyk (FPAE/IHE) Andrzej Teodorczyk,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Marian Gieras (FPAE/IHE) Marian Gieras,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
DETONACJE, WODÓR, DETO2D
Keywords in English
xxx
File
  • File: 1
    praca inżynierska.doc
Request a WCAG compliant version

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT312bf8615b054e03ace5c73ea2eb01d7/
URN
urn:pw-repo:WUT312bf8615b054e03ace5c73ea2eb01d7

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page