Experimentální studie výbuchových charakteristik směsí oxidu uhelnatého a metanu se vzduchem

Vít Šerý

Master's thesis

Experimental Study on the Explosion Characteristics of Carbon Monoxide-methane/air Mixtures

Abstract:

Tato diplomová práce má za cíl experimentálně evaluovat efekt přídavku koncentrace oxidu uhelnatého na výbuchové parametry směsi metanu a vzduchu. Zároveň prezentuje výsledky experimentální a výpočtové studie výbuchového tlaku v rozmezí 0–6 obj. % oxidu uhelnatého ve směsi. Výpočet výbuchového tlaku byl proveden v software Varšavské technologické univerzity. Experimenty byly provedeny ve zkušební komoře kulového tvaru o objemu 20 l. Jako iniciační zdroj byla použita permanentní jiskra o energii 50 J, umístěná v geometrickém středu komory. Všechny experimenty byly prováděny za počátečního atmosférického tlaku a v rozmezí teplot 25, 50 a 100 °C a relativní vlhkosti vzduchu mezi 50 a 75 obj. %. Hlavním výsledkem studie je evaluace maximálního výbuchového tlaku (pmax), maximální rychlosti nárůstu výbuchového tlaku ((dp/dt)max) a hodnoty deflagračního indexu (KG). Tyto hodnoty byly dále analyzovány, diskutovány a interpretovány v rámci matematického modelování a předchozích studií. Z výsledku je zřejmé, že přidání koncentrace CO pod jeho spodní mezí výbušnosti má vliv na deflagrační proces výbuchového jevu. Hlavním výsledkem studie je vnesení světla do problému rozdílnosti hodnot předchozích publikovaných studií a kvantifikace výbuchových parametrů v závislosti na různých počátečních teplotách.

Abstract:

This diploma thesis aims to experimentally evaluate the effect of the addition of carbon monoxide concentration on the explosion parameters of a mixture of methane and air. It also presents the results of an experiment and calculation of the explosion pressure in the volume range of 0–6 % of carbon monoxide in the mixture. The Warsaw University of Technology software performed the explosion pressure calculation. The experiments were carried out in a 20-L spherical test chamber. A 50 J permanent spark located in the geometric center of the chamber was used as the ignition source. All experiments were performed at initial atmospheric pressure, temperature between 25, 50 and 100 °C and relative air humidity between 50 and 75 %. One of the results of the study is the maximum explosion pressure (pmax), maximum rate of pressure rise ((dp/dt)max) and deflagration index (KG). These values were further analyzed, discussed and interpreted by mathematical modeling and previous studies. As a result, adding CO concentration below its lower explosion limit affects the deflagration process of the explosion event. The main outcome of the study is the introduction of light into the problem of differences in the values of previous published studies and the quantification of explosion parameters depending on different initial temperatures.

Keywords

výbuchové charakteristiky, komora, směs, metan, oxid uhelnatý

Keywords

carbon monoxide, explosion characteristics, methane, mixtures, vessel

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 4. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 1. 7. 2020
• Supervisor: Jan Skřínský
• Reader: Petr Lepík

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta bezpečnostního inženýrství

Master programme / field:
Požární ochrana a průmyslová bezpečnost / Technika požární ochrany a bezpečnosti průmyslu