בחינה של מידת ההתאמה של תגובת מימן-אויר גלובאלית לחיזוי גבולות ההצתה העצמית

קובי דהן טלי בר-כהני
הנדסת מכונות, אוניברסיטת גן גוריון

בעבודה זו מוצגת בחינה של אופייני הפיזור של מימן דרך מיצר זרימה (נחיר,צינור) לחלל סגור. זאת במטרה לפתח יכולת חיזוי של הצתה עצמית במערכות הנדסיות במצב מעבר. למטרה זו, שולב ביטוי למהירות התגובה הגלובאלית של תערובות מימן-חמצן לסימולציות נומריות באמצעות תוכנת ANSYS-Fluent®. ביטוי זה, פותח במקור לייצוג של מהירות הבעירה הלמינארית של מימן בלחץ אטמוספרי, והתאמתו לייצוג של הצתה עצמית נבחנה בעבודה זו. שילוב כזה של מנגנון כימי מופחת, מפשט עד מאוד את הפתרונות הנומריים, ומקצר משמעותית את זמני הפתרון המתקבלים בקודי CFD רב ממדיים. זרימות במצב מעבר, אשר חשובות בתרחישי תאונה, מאופיינות באמצעות יצירה מהירה של אזורי התלקחות פוטנציאליים. עבודה זו מאפשר את חיזויים של אזורים אלו באופן ישיר, ולא באמצעות שילוב של מפות פיזור וידיעה של גבולות ההתלקחות, כפי שנהוג עד כה. בעבודה זו נמצא, כי ניתן לחזות היטב הן את גבולות ההצתה של המימן בלחץ אטמוספרי שבענף העליון של עקומת ה"פנינסולה" והן את משך ההשהיה עד להצתה כתלות בטמפרטורה וביחס האקוויוולנטי. עם זאת, בשונה ממקרה בו תערובת מעורבבת מראש (premixed) מחוממת עד לתנאי הצתה, בתערובת זורמת ובלתי מעורבבת מראש (non-premixed), נמצא כי הביטוי למהירות התגובה איננו מוביל להתאמה טובה של פרמטרים אלו כתלות בלחץ. בתערובת זורמת ובלתי מעורבבת מראש, זוהו שני משטרים אפשריים. בטמפרטורות נמוכות יחסית, קרי מטמפרטורת ההצתה המזערית בלחץ הנתון(850k) ועד לטמפרטורה של 1000K, משך ההשהיה אכן פוחת עם העלייה בטמפרטורה. אולם, בטמפרטורות גבוהות יותר (1000-1200K) משך ההשהיה נשאר כמעט ללא שינוי. זאת, היות שבטמפרטורות גבוהות, משך ההשהיה נשלט באמצעות אופיה ההידרודינמי של הבעיה. כלומר, דרוש זמן מזערי ליצירת התנאים המיטביים (לחץ-טמפרטורה-יחס אקוויוולנטי) להצתה. לעומת זאת, בטמפרטורות נמוכות יותר, יש די זמן ליצור תערובת בעלת יחס מיטבי להצתה, כך שמשך ההשהיה נשלט באמצעות הקינטיקה הכימית.









Powered by Eventact EMS