Projekt rozwojowy w zakresie obronności i bezpieczeństwa państwa finansowany
ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju - umowa nr DOBR-BIO4/052/13073/2013



Etap II

ZAGADNIENIA OGÓLNE



Zadanie II.1 "Opracowanie kodu numerycznego CFD do symulacji wybuchów deflagracyjnych i detonacyjnych – PW-MEiL"
Celem zadania jest opracowanie kodu numerycznego CFD do symulacji wybuchów deflagracyjnych i detonacyjnych. Kod numeryczny stanowić będzie narzędzie inżynierskie umożliwiające specjalistom ds. ochrony przeciwpożarowej właściwe zaprojektowanie aktywnych i pasywnych systemów tłumienia wybuchów.





Zadanie II.2. „Budowa stanowisk do badania aktywnych i pasywnych systemów tłumienia wybuchów – ANKO”
Celem tego zadania jest konstrukcja stanowisk badawczych, które będą wynikiem prac realizowanych w ramach zadań I.2 oraz I.3 w zakresie badania aktywnych i pasywnych systemów tłumienia wybuchów. Dotyczy to w szczególności:
  1. stanowiska badawczego w postaci zbiornika sferycznego o pojemności 1000 dm3, wyposażonego w pneumatyczne układy tworzenia atmosfery wybuchowej oraz szybkiego wyładowania środka gaśniczego do wnętrza zbiornika za pomocą dysz dyspersyjnych oraz elementu wyzwalającego na cele realizacji zadania II.4 (CNBOP-PIB);
  2. stanowiska badawczego, za pomocą, którego możliwe będzie wykonanie pomiarów aktywacji, skuteczności wyładowania środka gaśniczego oraz efektywności działania aktywnego systemu tłumienia w przestrzeni hemisferycznej o objętości ok. 150 m3 do realizacji zadania III.3 (SGSP);
  3. systemu wizualizacji frontu fali detonacyjnej w technologii Shadowgraph, sond jonizacyjnych oraz radaru mikrofalowego do ciągłego pomiaru prędkości propagacji fali spalania, do realizacji zadania II.4 (CNBOPPIB);
  4. kanału detonacyjnego o długości ok. 20000 mm i średnicy wewnętrznej ok. 350 mm, wyposażonego w niezbędną aparaturę kontrolno-pomiarową oraz autonomiczny system przygotowania i podawania testowanych mieszanin paliwowo-powietrznych, do realizacji zadania III.4 (CNBOP-PIB).
Ponadto, do realizacji zadania II.3 (SGSP) niezbędne będzie zaprojektowanie i budowa stanowiska w postaci zbiornika sferycznego o pojemności 20 dm3 do badania parametrów spalania deflagracyjnego mieszanin palnych w skali laboratoryjnej.





Zadanie II.3. „Budowa bazy danych charakterystyk spalania deflagracyjnego na podstawie badań doświadczalnych - SGSP”
Celem tego zadania jest budowa bazy danych zawierającej podstawowe charakterystyki spalania deflagracyjnego mieszanin palnych, w tym przede wszystkim mieszanin pyłowo-powietrznych oraz par cieczy z powietrzem. Określenie tych parametrów odbędzie się na drodze eksperymentalnej, co stanowić będzie niezbędny element do właściwego zaprojektowania oraz konstrukcji aktywnego systemu tłumienia wybuchu w ramach realizacji zadania II.5.
W ramach realizacji tego zadania zostaną przeprowadzone badania doświadczalne w zakresie określenia podstawowych charakterystyk spalania deflagracyjnego mieszanin palnych, takich jak:
  • maksymalne ciśnienie wybuchu (Pmax),
  • maksymalny przyrost ciśnienia wybuchu (dp/dt)max,
  • dolna granica wybuchowości (DGW),
  • górna granica wybuchowości (GGW),
  • minimalna temperatura zapłonu warstwy pyłu (MTZw),
  • minimalna temperatura zapłonu obłoku pyłu (MTZo),
  • temperatura samozapłonu par cieczy,
  • temperatura zapłonu cieczy.
Określenie wyżej wymienionych parametrów spalania deflagracyjnego planuje się przeprowadzić dla następujących mieszanin palnych:
  • ciecze palne: toluen, heksan, etanol, aceton
  • pyły palne: drewno sosnowe, mąka, aluminium, kakao.
Realizacja badań doświadczalnych w zakresie określenia podstawowych parametrów spalania deflagracyjnego umożliwi stworzenie elektronicznej bazy danych o parametrach wybuchowości mieszanin palnych, co niezbędne jest do właściwego zaprojektowania oraz konstrukcji aktywnego systemu tłumienia wybuchów w ramach realizacji zadania II.5 oraz do walidacji kodu numerycznego CFD w ramach realizacji zadania III.2.





Zadanie II.4. „Budowa bazy danych charakterystyk spalania detonacyjnego na podstawie badań doświadczalnych - CNBOP”
Celem tego zadania jest budowa bazy danych zawierającej podstawowe charakterystyki spalania detonacyjnego mieszanin gazowych. Określenie tych parametrów niezbędne jest do właściwego zaprojektowania oraz konstrukcji pasywnego systemu tłumienia wybuchu w ramach realizacji zadania II.5.
W ramach realizacji tego zadania zostaną przeprowadzone badania doświadczalne w zakresie określenia podstawowych charakterystyk spalania detonacyjnego mieszanin palnych, takich jak:
  • maksymalne ciśnienie detonacji,
  • dolna granica detonacji,
  • górna granica detonacji,
  • prędkość propagacji płomienia,
  • komórkowa struktura fali detonacyjnej,
  • odległość rozbiegowa do detonacji,
  • energia inicjacji.
Określenie wyżej wymienionych charakterystyk spalania detonacyjnego planuje się przeprowadzić dla następujących mieszanin gazowych:
  • wodór-powietrze,
  • propan-powietrze,
  • metan-powietrze,
  • wodór-tlen,
  • propan-tlen,
  • metan-tlen.
Realizacja badań doświadczalnych w zakresie określenia podstawowych parametrów spalania detonacyjnego umożliwi stworzenie elektronicznej bazy danych o parametrach wybuchowości mieszanin palnych, co niezbędne jest do właściwego zaprojektowania oraz konstrukcji pasywnego systemu tłumienia wybuchów w ramach realizacji zadania II.5 oraz do walidacji kodu numerycznego CFD w ramach realizacji zadania III.2.



Zadanie II.5. „Budowa demonstratorów technologii aktywnego i pasywnego systemu tłumienia wybuchów”
Celem zadania jest budowa dwóch demonstratorów technologii systemów tłumienia wybuchu: aktywnego i pasywnego, odnoszących się do spalania deflagracyjnego i detonacyjnego mieszanin palnych. Na podstawie zadań I.1, II.3 i II.4, jak również w oparciu o doświadczenia pozostałych członków konsorcjum zostaną przygotowane projektowe i konstrukcyjne założenia dla dwóch systemów tłumienia wybuchów w przemyśle. Jednym z tych systemów będzie tak zwany system aktywny, którego zasada polega na bardzo szybkim, trwającym ok. 100 ms wyładowaniu środka gaśniczego do chronionego aparatu podczas początkowej fazy rozwoju wybuchu.
Oprócz konstrukcji układu dyspersji środka gaśniczego, kluczowym elementem będzie tu koncepcja doboru dynamicznego sensora ciśnienia wybuchu, którego zadaniem będzie reakcja na wzrost ciśnienia wybuchu według krzywej Pmax, charakterystycznej dla określonych substancji palnych. Szczególna uwaga zostanie poświęcona zaprojektowaniu i wykonaniu sterowania całym układem, aby reakcja systemu tłumienia była jak najszybsza. Demonstrator aktywnego systemu tłumienia wybuchu zostanie dopasowany do badań w przestrzeni hemisferycznej, która powstanie w ramach zadania II.2 i przewidziany do zastosowania w badaniach w skali rzeczywistej w ramach zadania III.3.
Drugim systemem będzie tzw. pasywny system tłumienia wybuchów, dla którego wszelkie prace konstrukcyjne będą ukierunkowane przede wszystkim na optymalne wytworzenie elementu efektywnie absorbującego energię wybuchu podczas propagacji fali uderzeniowej, jak również koncepcję stworzenia specjalnej konstrukcji obudowy systemu, zapobiegającej przedostawaniem się płomienia na zewnątrz systemu. Demonstrator pasywnego systemu tłumienia wybuchu zostanie dopasowany do badań na kanale detonacyjnym, który powstanie w ramach zadania II.2 i przewidziany do zastosowania w badaniach w skali rzeczywistej w ramach zadania III.4.



Konsorcja
Konsorcja
Konsorcja
Konsorcja