Measurements of hydrocarbon flame propagation in a channel

Dersom en Li-ion battericelle gjennomgår en såkalt termisk hendelse, kan interne reaksjoner i cellen føre til dannelse av brannfarlige og giftige gasser som utvider seg og til slutt fører til at battericellen går i stykker. Battericellen fungerer da som en brannfarlig kilde der giftige gasser fyller rommet gjennom en turbulent spredningsprosess. Den spesifikke sammensetningen av ventilerte gasser er pågående forskning, men man vet at brennbare hydrokarboner, karbonater og hydrogen vanligvis er tilstede. Den påfølgende eksplosjonsfaren ved utslipp av disse gassene i lukkede rom er bare delvis forstått. Ved vellykket antenning av gasskyen vil flammefronten forplante seg inn i drivstoffblandingen mens den produserer varme og skaper trykkbølger. Termisk ekspansjon fører til at den ubrente drivstoffblandingen skyves foran flammefronten. Den resulterende strømningen er sterkt påvirket av turbulens, som igjen vil øke overflatearealet av flammefronten og effektivt transportere friskt og forvarmet drivstoff inn i forbrenningssonen. Resultatet er en vesentlig kraftigere forbrenningsprosess, som dessverre er vanskelig å modellere. Det er derfor behov for eksperimentelle data på turbulent flammepropagasjon. I denne rapporten har vi studert flammepropagasjonsegenskapene til etan/luft-blandinger i en 6 m eksplosjonskanal. En seksjon nær den lukkede enden av kanalen ble fylt med enten forblandet etan-luft eller ren etan. Gassblandingen ble deretter antent, noe som førte til flammepropagasjon mot den andre og åpne enden av kanalen. Utviklingen ble overvåket ved hjelp av trykksensorer og hastighetskamera. Selv om den åpne kanalen ikke er direkte representativ for lukkede rom, kan disse eksperimentene gi verdifulle data i det pågående arbeidet med å simulere flammepropagasjon ved hjelp av numeriske modeller. Dersom tilstrekkelig overensstemmelse mellom simuleringer og eksperimenter i den åpne kanalen kan oppnås, kan man få mer tillit til at numeriske modeller kan beskrive flammepropagasjon i mer komplekse geometrier. Totalt ble 15 individuelle forsøk utført, med variasjon i både forholdet mellom luft og drivstoff, samt størrelsen på gasskyen. For to av tilfellene ble det innført turbulensgenererende elementer for å øke flammehastigheten. Deflagrasjonen skapte ikke observerbare sjokkbølger i noen av forsøkene. Imidlertid genererer forbrenningsprosessen kontinuerlig trykkbølger som forplanter seg oppstrøms i det brente området og nedstrøms inn i den ubrente regionen. Trykkrefleksjoner oppstår når trykkbølgene når den åpne delen av kanalen og bidrar derfor til en ytterligere trykkoppbygging i kanalen.