The course of the explosions of combustible/O₂/N₂ mixtures in vessel-like geometry

Abstract

The course of explosions of propene/O₂/N₂ mixtures is determined for initial pressures of 1, 5, 10 and 30 bar abs and initial temperatures of 25 °C and 200 °C in a spherical vessel of 20 l. In the explosion triangle one can distinguish three different regimes where the combustion proceeds deflagrative, detonative and – in a narrow region inbetween these two regimes – in some transitional manner. What really happens in the transitional regime is not yet understood. Pressures turn out to be largest at the outer border of the detonative regime and not in it’s center. This is due to precompression of the yet unreacted mixture caused during the initial deflagrative stage of the combustion. Experiments performed in larger vessels up to 2.5 m³ indicate that these regimes do not vary too much with vessel volume. This observation can at least partly be explained by regarding the predetonation distances determined for these ternary mixtures in pipes as function of composition. Finally, an abundant set of explosion characteristics (explosion limits, deflagration pressure ratios, rates of pressure rise and combustion times) are determined.

Zusammenfassung

Der Explosionsverlauf von Propen/O₂/N₂-Gemischen ist bei Anfangsdrücken von 1, 5, 10 und 30 bar abs und Anfangstemperaturen von 25 und 200 °C in einem kugelförmigen Behälter mit 20 l Volumen bestimmt worden. Im Explosionsdreieck können hinsichtlich des Verbrennungsablaufes drei verschiedene Bereiche unterschieden werden, in denen die Verbrennung deflagrativ, detonativ und – in einem engen Mischungsgebiet zwischen diesen Bereichen – übergangsartig verläuft. Die Details des Verbrennungsablaufes im Übergangsbereich sind noch nicht verstanden. Die höchsten Drücke treten an der Außengrenze des detonativen Bereiches und nicht in seinem Zentrum auf. Dies ist eine Folge der während der anfänglichen deflagrativen Verbrennungsphase eintretenden Vorkompression des noch nicht abreagierten Gasgemisches. Untersuchungen in größeren Behältern bis 2.5 m³ deuten an, dass die verschiedenen Bereiche nur eine geringe Abhängigkeit vom Behältervolumen aufweisen. Diese Beobachtung ist zumindest teilweise erklärbar über die Detonationsanlaufstrecken, die Propen/O₂/N₂-Gemische in Rohrleitungen in Abhängigkeit von der Gemischzusammensetzung zeigen. Schließlich ist ein umfassender Satz an explosionstechnischen Kennzahlen (Explosionsgrenzen, Deflagrationsdruckverhältnisse, Druckanstiegsgeschwindigkeiten und Verbrennungszeiten) bestimmt worden.