Ин таҳқиқот тағйирёбии фишори таркишро дар омехтаи пешакии гидроген-ҳаво ҳангоми илова кардани нитроген ва гази карбон дар зарфи таҷрибавии курашакли 20-литрӣ омӯхтааст. Таҷрибаҳо дар ҳарорати ибтидоии 27 °C ва фишори ибтидоии 0,1 MPa гузаронида шуда, ҳиссаи гидроген, вақти таъхири оташгиронӣ ва ҳиссаи гази инертӣ тағйир дода шудаанд. Муҳаққиқон мувофиқи меъёрҳои таҷрибавии худ ҳадди поёнии таркиши гидрогенро аз рӯи ҳаҷм %6 муайян кардаанд. Баландтарин фишори максималии таркиш дар шароити тақрибан мувофиқ ба таркиби стехиометрӣ, яъне %29,6–30 гидроген аз рӯи ҳаҷм ва таъхири оташгиронии 60 миллисония, 0,720 MPa гузориш шудааст.

Илова кардани %20 N₂ аз рӯи ҳаҷм фишори максималии таркишро %22,36 ва суръати максималии афзоиши фишорро %47,24 коҳиш додааст. Ҳангоми илова кардани ҳамон миқдори CO₂, фишори максималӣ %36,39 ва суръати максималии афзоиши фишор %71,41 кам шудааст. Дар таҷрибаҳо ҳангоми истифодаи %20 CO₂ вақти расидан ба фишори максималӣ аз 28,8 миллисония то 59,2 миллисония ва ҳангоми истифодаи %20 N₂ то 46,4 миллисония зиёд шудааст. Ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки дар шароити таҷрибавии омӯхташуда CO₂ нисбат ба N₂ таъсири қавитари боздоранда нишон додааст.

Бар асоси симулятсияҳои CHEMKIN-PRO пешниҳод шудааст, ки N₂ пеш аз ҳама консентратсияи гидроген ва оксигенро тунук мекунад; CO₂ бошад, илова бар тунуксозӣ ва ҷабби гармӣ, метавонад таъсирҳои химиявӣ ва ҷисми-сеюмӣ дошта бошад, ки ташаккули радикалҳои фаъол, ба монанди H ва OH, ба таъхир меандозанд. Бо вуҷуди ин, тағйир ёфтани рақамҳои реаксияҳо байни шаклҳо, пайдо шудани реаксияҳои дорои карбон дар натиҷаҳои ҳассосият дар шароити N₂-и бе карбон ва баъзе номувофиқиҳои ададӣ зарурати аз нав тасдиқ кардани мустақили тафсирҳои муфассали механизмро нишон медиҳанд.

Арзёбӣ аз нуқтаи назари Туркия: Натиҷаҳо метавонанд барои таҳқиқоти амнияти сӯхтор ва таркиш дар Туркия дар корхонаҳои истеҳсоли гидроген, майдонҳои электролизёр, минтақаҳои нигоҳдории баллон ва зарфҳо, истгоҳҳои пуркунии гидроген, таваққуфгоҳҳои пӯшида, нақбҳо ва ҳаҷмҳои равандҳои саноатӣ нуқтаи ибтидоии таҷрибавӣ пешниҳод кунанд. Аммо барои истифодаи натиҷаҳо дар тарҳи воқеии иншоот бояд дар таҷҳизоти маҳаллӣ бо ҳаҷмҳои гуногун, шароити вентилятсия, геометрияи ихроҷ, энергияҳои оташгиронӣ, ҳароратҳо, фишорҳо ва тозагии газ аз нав тасдиқ гузаронда шавад. Таҳқиқот миқдори N₂ ё CO₂-ро барои иншооти мушаххас, ҳиссаи ҳадди ақали бехатари гази инертӣ, иқтидори системаи рафъи фишор ё ҳадди тарҳи мутобиқ ба қоидаҳоро мустақиман муайян намекунад.

Саволи асосии таҳқиқот чист?

Саволи асосии таҳқиқот ин аст, ки ҳангоми илова кардани N₂ ё CO₂ ба омехтаи пешакии гидроген-ҳаво дар ҳаҷми пӯшида фишори таркиш ва суръати афзоиши фишор чӣ гуна тағйир меёбанд ва фарқи самаранокии байни ду гази инертиро бо кадом механизмҳои физикӣ ва химиявӣ шарҳ додан мумкин аст.

Таҳқиқот ду сатҳи алоҳидаро муттаҳид мекунад:

• Бо таҷрибаҳои дар зарфи курашакли 20-литрӣ гузаронидашуда фишори макроскопии таркиш ва суръати афзоиши фишор чен карда шудаанд.
• Бо симулятсияҳои CHEMKIN-PRO ташаккул, истеъмол ва ҳассосияти радикалҳои H ва OH ба реаксияҳои асосӣ арзёбӣ шудаанд.

Ин фарқ муҳим аст. Дар ҳоле ки коҳиши фишор таҷрибавӣ чен шудааст, консентратсияи радикалҳо ва роҳҳои реаксия бо сенсорҳои физикӣ чен нашудаанд; онҳо аз модели кинетикаи химиявии сифрчена гирифта шудаанд.

Чаро гидроген масъалаи муҳими амнияти таркиш аст?

Гарчанде миқдори энергия ба воҳиди массаи гидроген баланд аст, зичии он дар шароити муҳит паст мебошад. Аз сабаби сохтори хурди молекулавӣ он метавонад аз пайвастҳо ва нуқсонҳои герметикӣ берун шавад ва ҳангоми омехта шудан бо ҳаво доираи васеи оташгирандагиро ташкил диҳад.

Ҳангоми оташ гирифтани абри гидроген дар ҳаҷмҳои пӯшида ё нимпӯшида паҳншавии босуръати аланга ва афзоиши ногаҳонии фишор ба вуҷуд омада метавонад. Монеаҳо, қубурҳо, таҷҳизот ва гузаргоҳҳои танг метавонанд ҷараёнро турбулентӣ намуда, суръати аланга ва бори фишорро тағйир диҳанд. Таҳқиқоти баррасишуда на қубури дорои монеа ва на геометрияи воқеии иншоот, балки зарфи ҳамвор ва пӯшидаи лаборатории курашакли 20-литриро арзёбӣ мекунад.

Таҷҳизоти таҷрибавӣ чӣ гуна сохта шудааст?

Дар маркази системаи нишон дода шуда дар Шакли 1 зарфи пӯшида ва курашакли таркиш бо ҳаҷми дохилии 20 литр ҷой дорад. Дар маркази зарф электроди барқии баландшиддати оташгиронӣ ва дар паҳлӯ сенсори фишор ҷойгир аст.

Баллонҳои газ, насоси вакуумӣ, хати тақсимоти газ, системаи оташгиронӣ ва компютери идоракунӣ ба як системаи таҷрибавӣ пайваст шудаанд. Дар матн навишта шудааст, ки шароити ибтидоӣ дар зарф бо насоси вакуумӣ ба 0,1 MPa оварда шудааст. Тартиби амал байни “вакуумкунӣ” ва фишори ибтидоии 0,1 MPa ва дараҷаи холӣ кардани зарф ба таври равшан шарҳ дода нашудааст.

Дар таҳқиқот тозагии газҳо, намии ҳаво, тартиб ва фишорҳои қисмии пур кардани газҳо ба зарф, муддати омехта пас аз пуркунӣ ва шумораи такрори ҳар шароит нишон дода нашудааст. Ин ҷузъиёт, махсусан бо сабаби суръати баланди диффузияи гидроген, барои такрорпазирии таҷриба муҳиманд.

Кадом шароити таҷрибавӣ муқоиса шудаанд?

Ба ҷойи кадом ҷузъи ҳаво илова шудани N₂ ё CO₂ ба таври равшан нишон дода нашудааст. Азбаски ҳиссаи гидроген дар %29,6 доимӣ нигоҳ дошта шудааст, фаҳмида мешавад, ки гази инертӣ аз ҳиссаи ҳаво ҷой гирифтааст; аммо ҳиссаҳои ниҳоии ҳаҷмии оксиген ва нитроген дар шакли ҷадвал дода нашудаанд. Ин норасоӣ аз нав омода кардани таркибҳои таҷрибавиро душвор мекунад.

Меъёри таркиш чӣ гуна таъриф шудааст?

Дар таҳқиқот гуфта шудааст, ки агар амплитудаи афзоиши фишор ҳадди ақал %5-и фишори ибтидоиро ташкил диҳад, ҳодиса ҳамчун таркиш тасниф мешавад. Азбаски фишори ибтидоӣ 0,1 MPa аст, арзиши интиқодӣ 0,105 MPa истифода шудааст.

Дар ин ҷо дар худи манбаъ номуайянии мафҳумӣ мавҷуд аст. Агар “амплитудаи афзоиши фишор” фарқ нисбат ба арзиши ибтидоиро ифода кунад, ҳад бояд 0,005 MPa бошад. Аммо мақола ҳамчун ҳад арзиши мутлақи фишори 0,105 MPa-ро истифода мебарад. Ғайр аз ин, дар таҷрибаи %5 гидроген фишори максималӣ 0,094 MPa гузориш шудааст; ин аз фишори ибтидоии 0,1 MPa пасттар аст. Маълум нест, ки қимати нишондиҳандаи сенсор фишори мутлақ, фишори ченакӣ ё сигнали нисбат ба ибтидо ислоҳшуда аст.

Ҳадди поёнии таркиш чӣ гуна муайян шудааст?

Дар Шакли 2 намуди калоншудаи консентратсияҳои пасти гидроген оварда шудааст. Барои %5 гидроген аз рӯи ҳаҷм фишори максималӣ 0,094 MPa буда, аз ҳадди истифодашудаи 0,105 MPa паст мондааст. Барои %6 гидроген аз рӯи ҳаҷм қимат то 0,107 MPa боло рафта, аз ҳад гузаштааст. Аз ин рӯ, муҳаққиқон ҳадди поёнии таҷрибавии таркишро %6 муайян кардаанд.

Дар таҳқиқот барои муқоисаи назариявӣ муодилаи зерин дода шудааст:

\[ LEL=k\frac{100}{4{,}76(n_0-1)+1} \]

Дар ин ҷо LEL ҳадди поёнии таркиш, k коэффисиенти ислоҳ ва n₀ миқдори оксигене муайян шудааст, ки барои пурра сӯхтани як мол газ лозим аст. Манбаъ бо истифодаи k = 0,3 ва n₀ = 0,5 натиҷаи тақрибан %5,49-ро гузориш мекунад.

Аммо муодила дар шакли навишташуда ин натиҷаро намедиҳад:

\[ 4{,}76(0{,}5-1)+1=-1{,}38 \]

Азбаски махраҷ манфӣ аст, ҳангоми истифодаи қиматҳои додашуда натиҷа %5,49 не, балки қимати манфӣ мешавад. Эҳтимол дар муодила хатои аломат, қавс ё чопи коэффисиент вуҷуд дорад; вале азбаски шакли дуруст дар таҳқиқот шарҳ дода нашудааст, формула бесадо ислоҳ карда нашудааст.

Ҳадди поёнӣ танҳо бо қадамҳои консентратсияи %1 санҷида шудааст ва шумораи такрорҳо дар ҳар нуқта дода нашудааст. Аз ин рӯ, қимати %6 ҳадде мебошад, ки барои зарфи истифодашуда, системаи оташгиронӣ ва ҳалли маҳдуди таҷриба ба даст омадааст. Таҳқиқот ҳадди болоии таркишро муайян накардааст.

Вақти таъхири оташгиронӣ чиро ифода мекунад?

Вақти таъхири оташгиронӣ ҳамчун фосилаи байни анҷоми пуркунии газ ва оғози оташгиронии барқӣ таъриф шудааст. Дар омехтаи дорои %30 гидроген аз рӯи ҳаҷм таъхирҳои байни 10–80 миллисония муқоиса шудаанд.

Дар Шакли 3 дида мешавад, ки пас аз оташгиронӣ фишор зуд боло рафта, ба қулла мерасад ва сипас бо талафи гармӣ ба деворҳои зарф паст мешавад. Муҳаққиқон дар 60 миллисония баландтарин тағйири фишорро гузориш кардаанд:

• Фишори максималии таркиш: 0,720 MPa
• Вақти расидан ба фишори максималӣ: 101,4 ms

Дар Шакли 4 дида мешавад, ки дар ҳиссаҳои гуногуни гидроген ҳам фишори максималӣ ва ҳам суръати максималии афзоиши фишор аввал бо вақти таъхир боло рафта, дар атрофи 60 миллисония ба қулла расида ва баъд паст шудааст.

Дар таҳқиқот 60 миллисония ҳамчун “таъхири оптималии оташгиронӣ” таъриф шудааст. Ин қимат хусусияти универсалии гидроген нест; он шароити таҷрибавиест, ки ба системаи пуркунии газ, якхелагии омехта, ҳаҷми зарф, электрод ва вақти ҷамъоварии додаҳо вобаста аст.

Ҳиссаи ҳаҷмии гидроген шиддати таркишро чӣ гуна тағйир додааст?

Ҳиссаи ҳаҷмии гидроген аз %10 то %50 тағйир дода шуда, таъхири оташгиронӣ дар 60 миллисония нигоҳ дошта шудааст. Дар Шакли 5 дида мешавад, ки дар шароити %10 гидроген баландшавии фишор сусттар аст; дар диапазони %20–50 бошад пас аз оташгиронӣ қуллаҳои фишор тезтар ба вуҷуд омадаанд.

Фишори максималӣ аз %10 то %30 афзуда, пас аз %30 кам шудааст. Азбаски тақрибан %29,6 гидроген аз рӯи ҳаҷм ба таркиби стехиометрӣ наздик аст, пешниҳод шудааст, ки гидроген ва оксиген пурратар истеъмол шуда, озодшавии энергия ба воҳиди ҳаҷм зиёд мегардад.

Дар шарҳи матнии Шакли 6 суръати максималии афзоиши фишор барои шароити %29,6–30 гидроген 155,2 MPa/s навишта шудааст. Аммо дар шарҳи Шакли 4 барои ҳамон шароити %30 гидроген ва 60 миллисония 194,772 MPa/s дода шудааст; сутуни Шакли 6 низ ба тақрибан 195 MPa/s наздиктар аст. Аз ин рӯ, қимати 155,2 MPa/s эҳтимол хатои чоп ё ҳисоб дар дохили манбаъ мебошад.

N2 ва CO2 фишори таркишро чӣ гуна тағйир додаанд?

Таҷрибаҳои гази инертӣ дар шароити %29,6 гидроген аз рӯи ҳаҷм ва таъхири оташгиронии 60 миллисония гузаронида шудаанд. Дар Шакли 7 каҷҳои фишор-вақти омехтаи ибтидоӣ ва омехтаҳои дорои %10, %15 ва %20 гази инертӣ муқоиса шудаанд.

Фишори максималии таркиш

Дар сатҳи %10 қимати 0,611 MPa бо N₂ аз 0,621 MPa бо CO₂ каме пасттар аст. Аммо вақте ҳиссаи гази инертӣ ба %15 ва %20 зиёд мешавад, CO₂ коҳиши фишори хеле равшантарро таъмин кардааст.

Суръати максималии афзоиши фишор

Коҳиши фоизии суръати максималии афзоиши фишор, махсусан барои CO₂, аз коҳиши фишори максималӣ бештар аст. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки CO₂ на танҳо ба қуллаи умумии фишор, балки ба суръати ба вуҷуд омадани фишор низ таъсири қавӣ мерасонад.

Бо вуҷуди ин, дар Шакли 8 суръати максималии афзоиши фишор дар ҳолати бе гази инертӣ тақрибан дар сатҳи 22 MPa/s нишон дода шудааст. Барои ҳамон шароити %29,6–30 гидроген ва 60 миллисония дар бахши пешина 194,772 MPa/s гузориш шудааст. Азбаски таҳқиқот истифодаи усулҳои гуногуни ҳисобкунии ҳосила, равзанаҳои вақт ё филтрҳоро шарҳ намедиҳад, байни қиматҳои мутлақи MROPR тақрибан номувофиқии нӯҳбаробар вуҷуд дорад.

Оё газҳои инертӣ қуллаи фишорро ба таъхир андохтаанд?

Ҳангоми истифодаи %20 CO₂ вақти расидан ба фишори максималӣ %105,56 ва ҳангоми истифодаи %20 N₂ %61,11 дароз шудааст. Дар шарҳи аввали Шакли 7 навишта шудааст, ки бо зиёд шудани гази инертӣ вақти лозим барои расидан ба фишори максималӣ кам мешавад; аммо графикҳо ва фоизҳои фавран баъд дода шуда нишон медиҳанд, ки вақт дароз шудааст. Ин ифода хатои баён дар дохили манбаъ мебошад.

Чаро таҳқиқот CO2-ро қавитар мешуморад?

Таҳқиқот бартарии CO₂-ро бо се таъсири асосӣ шарҳ медиҳад:

1. Тунуксозии физикӣ: Консентратсияи H₂ ва O₂ кам шуда, эҳтимоли бархӯрди самараноки молекулавӣ паст мешавад.
2. Таъсири гармӣ: Азбаски иқтидори гармии CO₂ аз N₂ баландтар аст, пешниҳод мешавад, ки он метавонад аз минтақаи реаксия гармии бештар ҷабб кунад.
3. Таъсирҳои химиявӣ ва ҷисми-сеюмӣ: Пешниҳод мешавад, ки реаксияҳои дорои CO₂ метавонанд тавозуни ташаккул ва истеъмоли радикалҳои фаъоли H ва OH-ро тағйир дода, шохабандии занҷириро суст кунанд.

Таъсири аввал бо тағйир додани мустақими таркиби газ мувофиқ аст. Таъсирҳои дуюм ва сеюм дар таҷриба бо ченкунии ҳарорат ё радикал тасдиқ нашудаанд; онҳо аз симулятсияи кинетикаи химиявӣ тафсир шудаанд.

Модели CHEMKIN-PRO чӣ гуна сохта шудааст?

Дар таҳқиқот гуфта шудааст, ки модели реактори пӯшида, сифрчена ва якхела истифода шудааст. Модел фарз мекунад, ки дар фазо тағйири ҳарорат ё консентратсияи намудҳо вуҷуд надорад ва тамоми реактор дар ҳар лаҳза якхела мебошад.

Дар матн навишта шудааст, ки модел ба механизми GRI-Mech 3.0 асос ёфта, раванди таркиши гидроген бо 20 реаксияи асосӣ байни нӯҳ намуд, ки аз O’Conaire ва ҳамкорон гирифта шудааст, ифода мегардад.

Гурӯҳҳои асосии реаксияҳо чунинанд:

• Реаксияҳои занҷирии H₂/O₂,
• Реаксияҳои таҷзия ва бозпайвастшавӣ,
• Ташаккул ва истеъмоли HO₂,
• Ташаккул ва истеъмоли H₂O₂.

Дар Ҷадвали 2 реаксияҳои марбут ба H, O, OH, HO₂ ва H₂O₂ ҷой доранд. Дар бахши шарҳ ҳангоми номбар кардани радикалҳои озод HO₂ ду маротиба навишта шудааст; эҳтимол ифодаи дуюм бояд H₂O₂ бошад. H₂O₂ молекула аст ва радикал нест.

Ҳарорати ибтидоӣ, фишори ибтидоӣ, таркиби пурраи намудҳо, муодилаи энергия, равиши талафи гармӣ, қадами вақт ва таҳаммулҳои ҳалкунанда шарҳ дода нашудаанд. Графики санҷишие низ пешниҳод нашудааст, ки каҷҳои фишори дар таҷриба ченшударо бо симулятсия ба таври миқдорӣ муқоиса кунад.

Маҳдудияти модели сифрчена чист?

Модели реактори якхелаи сифрчена метавонад тамоюлҳои асосии химиявиро омӯзад; аммо он фронти воқеии алангаро дар дохили зарфи курашакл, минтақаи гарми назди электроди оташгиронӣ, турбулентӣ, талафи гармӣ ба девор, болоравии гидроген ва тақсимоти фазоии фишор-ҳароратро мустақиман ифода намекунад.

Аз ин рӯ, ҳамзамон мушоҳида шудани коҳиши фишор дар таҷриба ва тағйири радикалҳои ҳисобшуда дар модел метавонад ҳамчун мувофиқате арзёбӣ шавад, ки механизми химиявиро дастгирӣ мекунад; аммо худ ба худ сабабиятро исбот намекунад.

Таҳлили истеҳсол ва истеъмоли радикали H

Дар Шакли 9 қиматҳои мусбат истеҳсоли радикали H ва қиматҳои манфӣ истеъмоли онро нишон медиҳанд. Қиматҳои бартаридоштае, ки таҳқиқот гузориш кардааст, чунинанд:

Манбаъ гузариш аз 0,38 миллисония ба 0,58 миллисонияро %34 дарозшавӣ тавсиф кардааст. Агар вақти N₂ ҳамчун нуқтаи ибтидоӣ гирифта шавад, афзоиши нисбӣ:

\[ \frac{0{,}58-0{,}38}{0{,}38}\times100\approx52{,}6\% \]

мешавад. Қимати %34-ро бо тақсим кардани фарқ ба 0,58 миллисония гирифтан мумкин аст; аммо дар истифодаи маъмулӣ бо маънои “дарозшавӣ нисбат ба N₂” тақрибан %52,6 интизор меравад.

Таҳлили истеҳсол ва истеъмоли радикали OH

Таҳқиқот пешниҳод мекунад, ки илова кардани CO₂ қуллаи бартаридоштаи истеҳсол-истеъмоли радикалҳои H ва OH-ро ба вақти дертар кӯчонида, реаксияи занҷириро суст кардааст.

Ҳиссаҳои умумии молии H ва OH

Дар Шакли 11 дида мешавад, ки ҳиссаҳои молии радикалҳои H ва OH аввал зуд боло рафта, сипас паст шудаанд.

Дар шароити CO₂ ҳиссаи молии қулла барои ҳар ду радикал пасттар ва вақти қулла дертар аст. Ин натиҷа дар доираи модели истифодашуда тафсиреро дастгирӣ мекунад, ки CO₂ ҳавзи радикалҳои фаъолро заиф месозад.

Мушкилоти пайгирии рақамҳои реаксия

Муҳимтарин маҳдудияти таҳлилҳои радикалӣ он аст, ки як рақами реаксия дар шаклҳои гуногун ба муодилаҳои гуногуни химиявӣ мувофиқат мекунад.

Аз ин рӯ, ифодаи “R38 ва R84 дар ҳар ду газ реаксияҳои бартаридоштаанд” маънои муқоисаи ҳамон реаксияҳои химиявиро надорад. Бе пешниҳоди мутобиқати пурраи рақамҳои реаксия бо файли механизми истифодашуда, натиҷаҳоро мустақилона аз нав тавлид кардан имконнопазир аст.

Илова бар ин, дар матн навишта шудааст, ки CO₂ тавассути R99 истеъмоли OH-ро зиёд мекунад. Дар панели CO₂-и Шакли 9, R99 чунин нишон дода шудааст:

\[ \mathrm{CH_3+CH_2\rightleftharpoons C_2H_4+H} \]

Дар ин реаксия OH вуҷуд надорад. Аз ин рӯ, шарҳе, ки R99 истеъмоли OH-ро зиёд мекунад, бо реаксияи дар шакл нишон додашуда мувофиқат намекунад.

Таҳлили ҳассосияти ҳарорат

Дар Шакли 12 гуфта шудааст, ки коэффисиенти мусбати ҳассосият реаксияҳои мусоидаткунанда ба афзоиши ҳарорат ва коэффисиенти манфӣ реаксияҳои боздорандаи афзоиши ҳароратро нишон медиҳад.

Дар байни реаксияҳои мусоидаткунандае, ки таҳқиқот таъкид мекунад, реаксияҳои OH + H₂, CH + O, HCO + H ва CH₂O + O₂ мавҷуданд. Реаксияи CH + O ⇌ CO + H ҳамчун реаксия бо баландтарин ҳассосияти мусбат тафсир шудааст.

Пешниҳод мешавад, ки дар шароити CO₂ қиматҳои мутлақи коэффисиенти ҳассосияти ҳарорат нисбат ба N₂ пасттар буда, ин вобастагии динамикаи таркишро ба тағйироти ҳарорат кам мекунад.

Аммо дар Шакли 12 барои силсилаи N₂ низ сутунҳои равшани ҳассосият ба реаксияҳои дорои карбон, ба монанди CO, CH, HCO ва CH₂O, мавҷуданд. Азбаски дар системаи холиси H₂-ҳаво, ки бо N₂ тунук шудааст, дар оғоз манбаи карбон вуҷуд надорад, ин натиҷа аз ҷиҳати таркиби модел ё тамғагузории шакл шарҳ талаб мекунад.

Таҳлили ҳассосияти H ва OH

Дар Шакли 13 гузориш шудааст, ки R4, R33, R34, R36 ва R45 ташаккули H ва OH-ро бозмедоранд; R3, R38, R46, R47 ва R84 бошад, истеҳсоли радикалҳоро дастгирӣ мекунанд. R38 ҳамчун қавитарин реаксияи дастгиркунанда пешниҳод шудааст.

Пас аз илова кардани CO₂ гуфта мешавад, ки ҳассосияти реаксияҳо ба радикалҳои H ва OH кам шуда, шохабандии занҷирӣ заиф мегардад. Аммо аз сабаби он ки маънои рақамҳои реаксия дар шаклҳои пешина тағйир меёбад, маълум нест, ки ин натиҷаҳо ба кадом муодилаҳои химиявӣ мувофиқат мекунанд.

Механизми умумии пешниҳодшуда дар Шакли 14

Схемаи ниҳоии механизм фарқи байни N₂ ва CO₂-ро чунин ҷамъбаст мекунад:

Додаҳои таҷрибавӣ ба таври қавӣ нишон медиҳанд, ки CO₂ фишор ва суръати афзоиши фишорро бештар кам кардааст. Аммо чӣ қадар аз ин бартарӣ аз иқтидори гармӣ, тунуксозӣ, таъсири ҷисми сеюм ё реаксияҳои мустақими химиявӣ ба вуҷуд омадааст, таҷрибавӣ ҷудо карда нашудааст.

Нуқтаҳои қавии таҳқиқот кадомҳоянд?

• Дар зарфи воқеии 20-литрии таркиш таҷрибаҳои гидроген-ҳаво гузаронида шудаанд.
• Ҳадди поёнии таркиш, таъхири оташгиронӣ, ҳиссаи гидроген ва ҳиссаи гази инертӣ дар гурӯҳҳои алоҳидаи таҷрибавӣ омӯхта шудаанд.
• N₂ ва CO₂ дар ҳамон ҳиссаи асосии гидроген муқоиса шудаанд.
• Илова бар фишори максималӣ, суръати максималии афзоиши фишор ва вақти расидан ба қулла низ арзёбӣ шудаанд.
• Ҳиссаи гази инертӣ тадриҷан ҳамчун %10, %15 ва %20 тағйир дода шудааст.
• Кӯшиш шудааст, ки натиҷаҳои таҷрибавии фишор бо таҳлили кинетикаи химиявӣ дар сатҳи механизм шарҳ дода шаванд.
• Барои радикалҳои H ва OH таҳлилҳои истеҳсол-истеъмол ва ҳассосият пешниҳод шудаанд.
• Таҳқиқот шароитҳоеро, ки CO₂ нисбат ба N₂ қавитар аст, ба таври ададӣ нишон додааст.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот кадомҳоянд?

• Таҳқиқот preprint-и аз тақризи ҳамсолон нагузашта мебошад.
• Шумораи такрори ҳар шароити таҷрибавӣ шарҳ дода нашудааст.
• Миёна, инҳирофи стандартӣ, фосилаи эътимод ё сутунҳои хато дода нашудаанд.
• Тозагии газҳо, намии ҳаво ва таркибҳои воқеии ниҳоӣ гузориш нашудаанд.
• Ба ҷойи кадом газ илова шудани гази инертӣ ба омехта пурра шарҳ дода нашудааст.
• Шиддати оташгиронӣ дода шудааст, аммо энергияи шарора гузориш нашудааст.
• Якхелагии омехтаи газ бевосита чен нашудааст.
• Ҳадди поёнии таркиш танҳо бо қадамҳои ҳаҷмии %1 муайян шудааст.
• Ҳадди болоии таркиш омӯхта нашудааст.
• Азбаски ҳиссаҳои гази инертии болотар аз %20 санҷида нашудаанд, консентратсияи ҳадди ақали инертсозӣ муайян нашудааст.
• Тасвирбардории аланга, суръати аланга ё ченкунии ҳарорат иҷро нашудааст.
• Танҳо як ҳаҷми зарф ва ҷойи марказии оташгиронӣ истифода шудааст.
• Вентилятсия, монеаҳо, геометрияи қубур ва рафъи фишор омӯхта нашудаанд.
• Модели сифрчена паҳншавии фазоии аланга ва таъсири деворро ифода намекунад.
• Натиҷаҳои симулятсия бо ченкуниҳои таҷрибавии радикал ё ҳарорат тасдиқ нашудаанд.
• Файли пурраи механизми CHEMKIN ва вурудҳои модел мубодила нашудаанд.
• Таъсирҳои физикӣ ва химиявии CO₂ аз ҳам ба таври миқдорӣ ҷудо нашудаанд.
• Натиҷаҳо дар миқёси воқеии иншоот тасдиқ нашудаанд.

Мушкилоти муҳими гузоришдиҳӣ дар дохили манбаъ

• Муодилаи ҳадди поёнии таркиш дар шакли навишташуда натиҷаи %5,49-ро намедиҳад.
• Дар меъёри таркиш амплитудаи афзоиши фишор ва фишори мутлақ ба ҳам омехта шудаанд.
• Қимати 0,094 MPa барои %5 гидроген аз фишори ибтидоии 0,1 MPa пасттар аст.
• MROPR дар шароити %30 гидроген ва 60 ms дар як бахш 194,772 MPa/s ва дар бахши дигар 155,2 MPa/s дода шудааст.
• Дар графики муқоисаи гази инертӣ MROPR дар ҳамон шароити ибтидоӣ тақрибан 22 MPa/s мебошад.
• Шарҳи Шакли 7 мегӯяд, ки вақти қулла кам мешавад, аммо график ва ҳисобҳо дароз шудани вақтро нишон медиҳанд.
• Гузариш аз 0,38 ms ба 0,58 ms на %34, балки агар қимати аввал асос гирифта шавад, тақрибан %52,6 афзоиш аст.
• Як рақамҳои R3, R38 ва R84 дар шаклҳои N₂ ва CO₂ ба реаксияҳои гуногун таъйин шудаанд.
• Гуфта шудааст, ки R99 истеъмоли OH-ро зиёд мекунад, аммо дар реаксияи нишон додашудаи R99 OH вуҷуд надорад.
• Шарҳ дода нашудааст, ки чӣ гуна реаксияҳои дорои карбон дар силсилаи ҳассосияти N₂ пайдо шудаанд.
• Матн механизми GRI-Mech 3.0-ро зикр мекунад, дар ҳоле ки Ҷадвали 2 ба механизми алоҳидаи 20-реаксияи гидроген асос ёфтааст.
• Дар хулоса номи нармафзор “CHEKIN-PRO”, дар матни асосӣ “CHEMKIN-PRO” навишта шудааст.

Таҳқиқот кадом натиҷаҳоро дастгирӣ мекунад?

• Дар зарфи 20-литрии истифодашуда ва бо меъёри таҷрибавии истифода шуда ҳадди поёнии таркиши гидроген %6 муайян шудааст.
• Дар байни ҳиссаҳои гидрогени омӯхташуда баландтарин фишори максималӣ тақрибан дар шароити %30 гидроген ба вуҷуд омадааст.
• Таъхири оташгиронии 60 миллисония дар таҷҳизоти истифодашуда баландтарин шиддати таркишро додааст.
• Илова кардани N₂ ва CO₂ фишори максималии таркиш ва суръати афзоиши фишорро кам кардааст.
• Бо зиёд шудани ҳиссаи гази инертӣ таъсири умумии боздорӣ қавитар шудааст.
• Дар сатҳҳои %15 ва %20 CO₂ нисбат ба N₂ коҳиши бештари фишори максималиро таъмин кардааст.
• %20 CO₂ суръати максималии афзоиши фишорро %71,41 кам кардааст.
• Дар дохили модели CHEMKIN, дар шароити CO₂ ҳиссаҳои молии қуллаи H ва OH пасттар ва дертар ба вуҷуд омадаанд.

Таҳқиқот кадом натиҷаҳоро исбот намекунад?

• Исбот намекунад, ки %6 барои ҳамаи ҳаҷмҳои зарф ва системаҳои оташгиронӣ ҳадди универсалии поёнии таркиш аст.
• Нишон намедиҳад, ки илова кардани %20 CO₂ ё N₂ омехтаро таркишнопазир мекунад.
• Миқдори зарурии гази инертиро дар иншооти воқеии гидроген муайян намекунад.
• Исбот намекунад, ки CO₂ дар ҳамаи ҳароратҳо, фишорҳо ва ҳиссаҳои гидроген аз N₂ беҳтар аст.
• Ба таври таҷрибавӣ нишон намедиҳад, ки CO₂ радикалҳоро бо кадом реаксия ва то чӣ андоза мустақим истеъмол мекунад.
• Роҳҳои реаксияи пешниҳодшуда дар моделро бо ченкуниҳои спектроскопӣ тасдиқ намекунад.
• Гузариши дефлагратсияи гидроген ба детонатсияро омӯхта намекунад.
• Рафтори ҳаҷмҳои вентилятсияшаванда ё дорои рафъи фишорро нишон намедиҳад.
• Таъсири истифодаи гази инертиро ба амнияти инсон, хавфи муҳити буғӣ ё фаъолияти иншоот арзёбӣ намекунад.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Хулосаи техникии усул

Натиҷаҳои асосии таҷрибавӣ

Натиҷаҳои асосии модели ададӣ

Сатҳи далели натиҷаҳои таҷриба ва симулятсия

Арзёбии оморӣ

Дар таҳқиқот шумораи такрори мустақил барои ҳар шароит, қимати миёна, инҳирофи стандартӣ, фосилаи эътимод ё санҷиши гипотеза пешниҳод нашудааст. Дар графикҳо сутунҳои хато вуҷуд надоранд. Аз ин рӯ, фарқҳои байни N₂ ва CO₂ метавонанд ҳамчун фарқҳои ададии ченшуда арзёбӣ шаванд; аммо аҳамияти омории онҳо нисбат ба тағйирпазирии байни таҷрибаҳо муайян карда намешавад.

Гарчанде қарори сенсори фишор ва қиматҳои хатои он дода шудаанд, номуайянии умумии таҷриба танҳо аз номуайянии сенсор иборат нест. Ҳиссаи ҳаҷмии газ, фишори пуркунӣ, ҳарорат, энергияи оташгиронӣ, якхелагии омехта ва усули ҳисобкунии ҳосилаи сигнал низ метавонанд ба номуайянии умумӣ саҳм гузоранд.

Тафсири дуруст аз нуқтаи назари татбиқ

Мустаҳкамтарин натиҷаи таҳқиқот ин аст, ки дар шароити зарф ва омехтаи истифодашуда илова кардани CO₂ ва N₂ бори фишорро кам кардааст ва дар диапазони %15–20 CO₂ таъсири қавитар нишон додааст.

Аммо натиҷаҳои мақола стандарти тарҳи муҳандисӣ ё дорухати омодаи инертсозӣ нестанд. Дар системаҳои воқеӣ илова кардани гази инертӣ набояд ҷойи вентилятсия, ошкоркунии газ, қатъи фаврӣ, рафъи фишор ва чораҳои амнияти сӯхторро гирад; он бояд дар доираи таҳлили хавфи сатҳи система арзёбӣ шавад.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Suppression Characteristics and Mechanisms of N2/CO2 on Hydrogen-Air Premixed Gas Explosion

Муаллифон ва тартиби дуруст: Jiao Qu, Huilin Li, Huali Zhao, Fangming Cheng, Tunghao Fan, Chi-Min Shu

Муаллифи якуми баробар ё саҳми баробар: Дар версияи боршуда маълумоти муаллифии якуми баробар ё саҳми баробар мавҷуд нест.

Муаллифони масъул: Jiao Qu ва Chi-Min Shu

Почтаи электронии муаллифони масъул: jqu2020@xust.edu.cn ва shucm@yuntech.edu.tw

Робитаҳои институтсионалӣ:

• School of Safety Science & Engineering, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an, Shaanxi, Чин
• Xi’an Key Laboratory of Urban Public Safety & Fire Rescue, Xi’an, Shaanxi, Чин
• Graduate School of Engineering Science and Technology, National Yunlin University of Science and Technology, Douliou, Yunlin, Тайван

Мутобиқати муаллиф-муассиса:

• Jiao Qu: Xi’an University of Science and Technology; Xi’an Key Laboratory of Urban Public Safety & Fire Rescue
• Huilin Li: Xi’an University of Science and Technology
• Huali Zhao: Xi’an University of Science and Technology
• Fangming Cheng: Xi’an University of Science and Technology; Xi’an Key Laboratory of Urban Public Safety & Fire Rescue
• Tunghao Fan: National Yunlin University of Science and Technology
• Chi-Min Shu: National Yunlin University of Science and Technology

ORCID: Дар версияи боршуда маълумоти ORCID-и муаллифон вуҷуд надорад.

DOI:10.2139/ssrn.6935421

Маҷалла: Дар маҷаллаи тақризшуда нашр нашудааст.

Ношири аслии маҷалла: Мавҷуд нест.

Платформаи нашр: SSRN

Соли нашр: 2026. Рӯзи дақиқи нашр дар версияи боршуда нишон дода нашудааст.

Шумораи саҳифаҳо: 26

Навъи манбаъ: Таҳқиқоти preprint, ки таҷрибаҳои таркиш дар зарфи пӯшида ва симулятсияи кинетикаи химиявиро дар бар мегирад

Ҳолати тақриз: Таҳқиқот аз тақризи ҳамсолон нагузаштааст. Дар ҳар саҳифаи версияи боршуда огоҳии “Preprint not peer reviewed” мавҷуд аст.

Пайванди расмӣ:Саҳифаи расмии preprint дар SSRN

Маблағгузорӣ:

• Key Research and Development Plan of Shaanxi, 2025CY-YBXM030
• Key Scientific Research Project of the Education Department of Shaanxi Provincial Government, 25JS078
• Shaanxi Innovation Ability Support Plan Technological Innovation Team, 2024RS-CXTD-52

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки манфиати молиявии маълум ё муносибати шахсӣ, ки метавонад ба таҳқиқот таъсир расонад, вуҷуд надорад.

Дастрасии додаҳо: Гуфта шудааст, ки додаҳо бо дархост мубодила мешаванд. Додаҳои хоми фишор, файлҳои вуруди CHEMKIN ва кодҳои таҳлил ҳамроҳи мақола пешниҳод нашудаанд.

Саҳми муаллифон:

• Jiao Qu: Усул, таҳқиқот, назорат, идоракунии лоиҳа, консептуализатсия, бозбинӣ ва таҳрир
• Huilin Li: Лоиҳаи аввал ва таҳлили формалӣ
• Huali Zhao: Тасдиқ
• Fangming Cheng: Назорат
• Tunghao Fan: Бозбинӣ ва таҳрир
• Chi-Min Shu: Назорат, бозбинӣ ва таҳрир

Ин мақолаи туркӣ бо баррасии матн, шароити таҷрибавӣ, ду ҷадвал, чордаҳ шакл, каҷҳои фишор-вақт, графикҳои суръати афзоиши фишор, ҳисоби ҳадди поёнии таркиш, каҷҳои истеҳсол-истеъмоли радикал, таҳлилҳои ҳассосияти ҳарорат ва радикал ва механизми пешниҳодшудаи боздорӣ дар таҳқиқоти боршуда омода шудааст. Ба мундариҷаи илмӣ аз манбаъҳои беруна натиҷаи нави таҷрибавӣ илова нашудааст.

Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи библиографии шахсияти SSRN, DOI, рӯйхати муаллифон ва пайванди расмии таҳқиқот истифода шудаанд.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот аз тақризи ҳамсолон нагузаштани он, дода нашудани такрори таҷрибаҳо ва номуайянии оморӣ, камбуди тафсилоти омодасозии таркиби газ, зиддиятҳои дохилии манбаъ дар қиматҳои MROPR, мушкили математикӣ дар муодилаи ҳадди поёнии таркиш, номувофиқии рақамҳои реаксияи CHEMKIN ва тасдиқ нашудани механизми симулятсия бо ченкуниҳои таҷрибавии радикал мебошанд. Таҷрибаҳои фишор нишон медиҳанд, ки CO₂ дар шароити омӯхташуда боздорандаи қавӣ аст; механизми муфассали химиявӣ бошад ба тасдиқи иловагӣ ниёз дорад.