Promieniowanie cieplne emitowane podczas wybuchów mieszanin par cieczy palnych z powietrzem

Promieniowanie cieplne emitowane podczas wybuchów mieszanin par cieczy palnych z powietrzem (Thermal radiation from vapour cloud explosions), M.A. Hadjipanayis, F. Beyrau, R.P. Lindstedt, G. Atkinson, L. Cusco, Process Safety and Environmental Protection, 94 (2015), s. 517-527.

Autorzy artykułu stawiają tezę, że promieniowanie cieplne podczas wybuchu mieszaniny palnej z powietrzem ma znacznie większe znaczenie dla propagacji płomienia, niż do tej pory sądzono. Na horyzoncie pojawia się temperatura mieszaniny palnej oraz zawartość cząstek stałych, jako dwa czynniki konkurujące ze sobą w kontekście rozprzestrzeniania się wybuchu.

Propagacja płomienia w mieszaninie palnej z powietrzem następuje we wszystkich kierunkach od miejsca, w którym znajduje się źródło zapłonu. Po stronie reagentów temperatura rośnie pod wpływem ciepła przekazanego przez czoło płomienia. Po osiągnięciu temperatury adiabatycznego płomienia właściwego danej mieszaninie warstwa bezpośrednio sąsiadująca z frontem płomienia ulega zapłonowi. Szybkość rozprzestrzeniania się płomienia jest zatem silnie zależna od szybkości ogrzewania przygranicznej warstwy reagentów. Autorzy zastanawiają się, czy obecność cząstek stałych w postaci sadzy, którą cechuje, jak wiadomo, emisyjność bliska ciału doskonale czarnemu, może zwiększyć prędkość przenoszenia ciepła przed czoło płomienia, a tym samym przyspieszyć rozwój wybuchu. Stawiają też pytanie, czy ich zawartość w strefie reakcji i za nią jest nawet bardziej istotna niż temperatura mieszaniny palnej z powietrzem.

Większość wyemitowanego podczas wybuchu ciepła pochodzi od powstałych podczas reakcji utleniania cząsteczek pary wodnej, dwutlenku węgla oraz z wymienionej wcześniej sadzy. Pozostałe produkty spalania, takie jak tlenek węgla, tlenki siarki czy tlenki azotu, emitują nieznaczną ilość ciepła i dlatego zostały w tej analizie pominięte.

Aby odpowiedzieć na postawione pytania, przeprowadzono badania eksperymentalne, uwzględniając szereg czynników warunkujących szybkość spalania mieszaniny wybuchowej, takich jak: temperatura, stężenie składnika palnego, turbulencja, ciśnienie, współczynnik nadmiaru powietrza (w stosunku do warunków stechiometrycznych zachodzącej reakcji spalania).

Bryg. dr inż. Waldemar Jaskółowski, mł. kpt. dr inż. Paweł Gromek i mł. kpt. Szymon Ptak są pracownikami Szkoły Głównej Służby Pożarniczej