Ин таҳқиқот фурӯнишонии алангаҳои таркиши омехтаҳои метан-ҳавои бо гидроген ғанишуда тавассути тӯрҳои симии металлӣро дар канали пӯшидаи лабораторӣ бо тағйир додани ҳамзамони зичии тӯр, ҳиссаи гидроген ва якпорчагии сохтории тӯр омӯхтааст. Муҳаққиқон шароити 0, 10, 20 ва %30 гидрогенро бо ҳолати назоратии бе тӯр ва чор зичии тӯри симӣ, ки ҳамчун 10, 30, 60 ва 80 PPI муайян шудаанд, муқоиса кардаанд. Тасвирҳои камераи баландсуръат, чор сенсори фишор ва ҳисобҳои талафи гармӣ, ки аз фишор бароварда шудаанд, якҷоя арзёбӣ шудаанд.

Баланд кардани зичии тӯри симӣ то сатҳи 80 PPI вобаста ба ҳиссаи гидроген фишори максималии таркишро тақрибан %38–45 ва суръати максималии болоравии фишорро %65–93 кам кардааст. Аммо натиҷаҳо нишон доданд, ки тӯри зичтар дар ҳама шароит ба таври худкор алангаро пурра бознамедорад. Вақте тӯрҳои зичии паст алангаро хомӯш карда натавонистанд, ҳамчун монеа амал карда турбулентиро афзоиш доданд, сатҳи алангаро чиндор карданд ва дар баъзе шароитҳо сӯзишро тезониданд.

Якпорчагии сохтории тӯр ҳамчун ҳади асосии бехатарӣ зоҳир шуд. Тӯри симие, ки сохтораш вайрон нашуда буд, ҳатто агар алангаро пурра хомӯш карда натавонад ҳам, фишор ва суръати паҳншавиро кам карда метавонист. Аммо тӯре, ки аз таъсири таркиш канда ё аз чаҳорчӯба ҷудо шуд, хусусияти фурӯнишониро аз даст дод; он мисли монеаи пора-порашуда рафтор карда, турбулентии қавӣ ва паҳншавии баландсуръати алангаро ба вуҷуд овард.

Таҳқиқот рафтори ниҳоии алангаро бо рақобати се механизм шарҳ медиҳад: хомӯшшавӣ аз сабаби талафи гармӣ ва намудҳои фаъоли химиявӣ дар сатҳи металл, таваққуфи аланга дар атрофи тӯр ва сипас гузаштани он аз сӯрохҳо, ва қавитар шудани сӯзиш аз ҳисоби турбулентии ба вуҷудовардаи тӯр. Бозёфтҳо ба як геометрияи канали лабораторӣ ва шароити мушаххаси таҷриба тааллуқ доранд; онҳоро наметавон мустақиман ҳамчун меъёри тарҳрезии қубури саноатӣ ё нишондиҳандаи кори алангагирандаи сертификатсияшуда истифода бурд.

Мушкилоти асосии таҳқиқот чист?

Илова кардани гидроген ба гази табиӣ ҳамчун равише баррасӣ мешавад, ки метавонад интиқоли гидрогенро бо истифода аз инфрасохтори мавҷудаи қубурҳо имконпазир кунад. Бо вуҷуди ин, иловаи гидроген метавонад паҳншавии аланга ва шиддати таркиши омехтаи метан-ҳаворо тағйир диҳад. Ин ҳолат эътимоднокии алангагирандаҳои тӯри симии металлиро, ки барои пешгирӣ аз гузаштани аланга ба бахшҳои дигари қубур истифода мешаванд, боз ҳам муҳимтар мекунад.

Тӯри симӣ ҳангоми таркиш метавонад ду нақши гуногун иҷро кунад. Агар тӯр гармии кофӣ кашида, алангаро ба қисмҳои хурд ҷудо кунад, занҷири сӯзиш дигар давом карда наметавонад ва аланга хомӯш мешавад. Агар сӯрохҳои тӯр калон бошанд ё таъсири гармии он нокифоя монад, аланга метавонад аз тӯр гузарад. Дар ин ҳолати дуюм тӯр метавонад ҳамчун монеае, ки ҷараёнро вайрон мекунад, турбулентӣ ва масоҳати сатҳи алангаро зиёд кунад. Саволи муҳиме, ки таҳқиқот ба он тамаркуз кардааст, ин аст, ки сохторе, ки ҳамчун фурӯнишон тарҳрезӣ шудааст, дар кадом шароит метавонад ба монеаи тезонандаи сӯзиш табдил ёбад.

Кадом холигӣ дар адабиёт ҳадаф гирифта шудааст?

Таҳқиқоти қаблӣ бештар ба зичии тӯри симӣ, шумораи қабатҳо ё ҳиссаи гидроген тамаркуз кардаанд. Муҳаққиқон қайд мекунанд, ки дар бисёр арзёбиҳо ба он ки тӯр ҳангоми таркиши воқеӣ шакли худро нигоҳ медорад ё не, ба қадри кофӣ таваҷҷуҳ нашудааст. Дар ҳоле ки аланга ва мавҷи фишор метавонанд чаҳорчӯбаи тӯрро деформатсия кунанд, сохтори сӯрохҳоро вайрон кунанд ё сатҳи тӯрро аз чаҳорчӯба ҷудо созанд.

Ин таҳқиқот се тағйирёбандаро якҷоя баррасӣ кардааст:

• Ҳиссаи гидроген дар метан,
• Зичии тӯри симии металлӣ,
• Солим мондан ё канда шудани тӯри симӣ аз ҷиҳати сохторӣ пас аз таркиш.

Таҳқиқот инчунин танҳо гузашт ё нагузаштани алангаро сабт накардааст; фишори таркиш, суръати болоравии фишор, морфологияи аланга, суръати паҳншавӣ, андозаи минтақаи равшан ва талафи энергияро, ки аз фарқи фишор ҳисоб шудааст, якҷоя арзёбӣ кардааст.

Дастгоҳи таҷрибавӣ чӣ гуна сохта шудааст?

Озмоишҳо дар канали уфуқӣ, пӯшида ва қисмбандишуда бо дарозии умумии 2,24 метр анҷом дода шуданд. Дар қисми миёнаи канал тӯри симии аз пӯлоди зангногири 304 сохташуда ҷойгир карда шуд; тӯр бахши оташгирии тарафи ростро аз бахши ҳавои тарафи чап ҷудо мекард. Бари ҳар равзанаи мушоҳида 60 миллиметр мебошад.

Дастгоҳе, ки дар Шакли 1 нишон дода шудааст, аз панҷ системаи асосӣ иборат аст:

1. Канали пӯшидаи таркиш,
2. Системаи омодасозии гази метан ва гидроген,
3. Системаи оташгирии шарораи импулсӣ,
4. Қисми боздоштани аланга бо тӯри симии металлӣ,
5. Системаи ҷамъоварии додаҳои фишор ва тасвиргирии баландсуръат.

Дар тӯли меҳвари канал чор сенсори фишор ҷойгир карда шуданд. Додаҳои фишор бо фосилаи намунагирии 0,2 миллисония сабт шуданд. Рушди аланга бо камераи баландсуръат бо ҳалнокии 1280 × 204 пиксел ва суръати 1000 кадр дар як сония тасвир карда шуд. Камони шарора 120 миллисония давом кард ва озмоишҳо дар ҳарорати муҳит ва дар ибтидо дар фишори 0,101 MPa гузаронида шуданд.

Канал бо плёнкаи пластикӣ ба ду бахш ҷудо карда шуд. Бахши рост бо омехтаи метан-гидроген-ҳаво пур шуд, дар бахши чап ҳаво боқӣ монд. Пас аз оташгирӣ, сӯхтани омехтаи аз сӯзишворӣ бой ва ҳаракати он ба бахши миёна ва сипас ба бахши чапи дорои оксиген пайгирӣ шуд.

Омехтаҳои газ чӣ гуна омода карда шуданд?

Таносуби умумии эквивалентӣ дар таҳқиқот ҳамчун \(\phi=1\) дода шудааст. Таркибҳои ҳаҷмии гази истифодашуда чунинанд:

Ҳиссаи гидроген дар ин ҷо ҳиссаи гидрогенро дар ҷузъи сӯзишворӣ ифода мекунад. Аз ин рӯ, дар шароити “%30 гидроген” %30-и тамоми ҳаҷми канал гидроген нест; дар ҷадвали таҷрибавӣ ҳиссаи воқеии ҳаҷмии гидроген %3,58 нишон дода шудааст.

Тӯрҳои симии металлӣ чӣ гуна муқоиса шуданд?

Илова бар шароити назоратии бе тӯр, зичиҳои 10, 30, 60 ва 80 PPI истифода шуданд. Матни таҳқиқот ин арзишҳоро ҳамчун зичии тӯри симӣ истифода мебарад, дар ҳоле ки дар баъзе меҳварҳои графикӣ тавсеаи PPI ҳамчун “Pixels Per Inch” дода шудааст. Номи воҳиди физикие, ки дар контексти сохтори тӯр истифода мешавад, байни матн ва шаклҳо комилан мутобиқ нест. Аз ин рӯ, арзишҳо дар ин ҷо бо нишондоди аслии таҳқиқот ҳамчун “зичии тӯри PPI” оварда шудаанд.

Дар озмоишҳои асосӣ тӯрҳои устуворе истифода шуданд, ки пас аз таркиш сохтори сӯрохдори худро нигоҳ медоштанд. Барои омӯхтани таъсири осеби сохторӣ инчунин намунаҳои махсуси тӯр сохта шуданд, ки зери бори таркиш аз чаҳорчӯба ҷудо мешуданд:

• M₀: Тӯри анъанавӣ, ки пас аз таркиш якпорчагии сохтории худро нигоҳ медорад,
• M_S: Тӯри махсусе, ки аз таъсири таркиш канда ё аз чаҳорчӯба ҷудо мешавад.

Шакли 10 тӯрҳои солим ва махсус тарҳрезишударо пеш ва баъд аз таркиш нишон медиҳад. Дар намунаи солим, гарчанде деформатсияи қисман ба вуҷуд омадааст, тӯр дар чаҳорчӯба мондааст. Дар намунаи махсус бошад, қисми асосии тӯр аз чаҳорчӯба ҷудо шуда, тағйироти ранг аз ҳарорати баланд пайдо шудааст.

Тасвирҳои аланга чӣ гуна коркард шуданд?

Муҳаққиқон барои коркарди тасвирҳои камераи баландсуръат барномаи асосёфта ба Python таҳия карданд. Тасвири ранга аввал ба хокистарӣ табдил дода шуд, сипас бо арзиши ҳади собит тасвири сиёҳу сафед гирифта шуд ва шумораи умумии пикселҳои сафеди аланга ҳамчун “шиддати рӯшноии аланга” қабул гардид.

Муодилаи истифодашуда барои табдил додани тасвири ранга ба хокистарӣ чунин аст:

[ Y = 0.299R + 0.587G + 0.144B ]

• \(Y\): Арзиши баромади хокистарӣ байни 0 ва 255 мебошад.
• \(R\): Арзиши канали сурхи пиксел мебошад.
• \(G\): Арзиши канали сабзи пиксел мебошад.
• \(B\): Арзиши канали кабуди пиксел мебошад.

Дар таҳқиқот коэффисиентҳо маҳз дар ҳамин шакл дода шудаанд. Азбаски ҷамъбасти коэффисиентҳо 1,030 аст, дар муодила эҳтимол номувофиқии навишт ё нормализатсия вуҷуд дорад; муҳаққиқон дар ин бора шарҳи иловагӣ надодаанд. Формула дар ин ҷо бе ислоҳи пинҳонӣ бо шакли аслиаш оварда шудааст.

Раванди ҳадгузорӣ бо функсияи қисмбандии зерин таъриф шудааст:

\[ Output(x,y) = \begin{cases} 255, & Gray(x,y) > T \\ 0, & \text{diğer durumlarda} \end{cases} \]

• \(Gray(x,y)\): Арзиши хокистарии координатаи \((x,y)\) дар тасвир мебошад.
• \(T\): Арзиши ҳади собит барои ҷудо кардани аланга аз замина мебошад.
• 255: Пиксели сафед, яъне пикселе, ки ҳамчун минтақаи равшани аланга тасниф мешавад.
• 0: Пикселе, ки ҳамчун заминаи сиёҳ тасниф мешавад.

Шиддати рӯшноии аланга бо шумориши пикселҳои сафед ҳисоб шудааст:

\[ I = \sum_{x=1}^{W}\sum_{y=1}^{H}\left[I_{binary}(x,y)=255\right] \]

• \(I\): Шумораи умумии пикселҳои сафед дар минтақаи равшани аланга мебошад.
• \(W\): Бари тасвир мебошад.
• \(H\): Баландии тасвир мебошад.

Ин ченкунӣ мустақиман ҳарорат ё суръати реаксияи химиявӣ нест. Он нишондиҳандаи асосёфта ба тасвир мебошад, ки минтақаи васеътар ва равшантарини алангаро ба таври ададӣ ифода мекунад.

Тӯри симӣ фишори таркишро чӣ гуна тағйир дод?

Бо зиёд шудани зичии тӯр фишори максималии таркиш дар маҷмӯъ кам шудааст. Ҳангоми гузаштан аз ҳолати бе тӯр ба шароити 80 PPI, камшавиҳои фишори максималӣ чунин буданд:

Бо зиёд шудани ҳиссаи гидроген фишори максималии таркиш афзоиш ёфтааст. Дар таҳқиқот гузориш шудааст, ки фишори максималӣ дар шароити %30 гидроген нисбат ба шароити бе гидроген %22,97 баландтар буд.

Каҷҳои фишор-вақт дар Шакли 4 нишон медиҳанд, ки бо зиёд шудани зичии тӯр аз як қуллаи ягона ва ҳамзамони фишор ба ду қуллаи ҷудогона гузариш ба вуҷуд омадааст. Қуллаи аввал бештар рушди фишорро дар тарафи оташгирии тӯр, қуллаи дуюм бошад гузаштани мавҷи фишор ва дар баъзе шароитҳо алангаро ба минтақаи пушти тӯр ифода мекунад.

Масалан, дар шароити %10 гидроген ва 80 PPI фосилаи байни ду қуллаи фишор аз 500 миллисония гузаштааст. Нишебии болоравии қуллаи дуюм суст шуда, бузургии он аз қуллаи аввал паст мондааст. Муҳаққиқон болоравии дуюми фишорро дар ин шароит асосан ба шикастани плёнкаи ҷудокунанда аз ҷониби мавҷи фишор ва холӣ шудани он ба бахши пушти канал нисбат додаанд.

Чаро суръати болоравии фишор ҳамеша дар як самт тағйир наёфт?

Тӯри симии 80 PPI нисбат ба ҳолати бе тӯр суръати максималии болоравии фишорро вобаста ба ҳиссаи гидроген %65,00, %81,25, %91,07 ва %92,5 кам кардааст. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки тӯрҳои зич метавонанд суръати рушди таркишро хеле суст кунанд.

Баръакс, дар тӯрҳои камзич ба монанди 10 PPI таъсири баръакс мушоҳида шудааст. Дар омехтаи бе гидроген, баланд кардани зичии тӯр аз 0 то 10 PPI суръати максималии болоравии фишорро %69,56 зиёд кардааст. Дар шароити %10 гидроген афзоиш %6,25 буд.

Муҳаққиқон ин афзоишро ба таъсири монеавии тӯр нисбат медиҳанд. Вақте сӯрохҳои калон барои хомӯш кардани аланга кофӣ набуданд, онҳо ҷараёнро вайрон карда гирдбодҳои хурд ба вуҷуд оварданд, пешонаи алангаро чиндор карданд ва масоҳати сатҳи реаксияро афзоиш доданд. Ҳамин тавр, як ҷузъи бехатарӣ метавонад дар шароити муайян суръати сӯзишро муваққатан зиёд кунад.

Дар кадом шароит аланга пурра боздошта шуд?

Дар Ҷадвали 2-и таҳқиқот “Y” боздошти муваффақи алангаро ва “N” гузаштани алангаро аз тӯр нишон медиҳад:

Натиҷаҳо комилан яксамт нестанд. Хусусан дар шароити %20 гидроген, тӯри 60 PPI муваффақ буд, дар ҳоле ки дар 80 PPI гузариш сабт шудааст. Ин ҳолат хулосаи мутлақи “ҳар қадар тӯр зичтар бошад, муваффақият ҳатман ҳамон қадар бештар мешавад”-ро дастгирӣ намекунад. Гарчанде таҳқиқот тамоюли умумиро ба фоидаи тӯри зич нишон медиҳад, гузаштани аланга равандест вобаста ба шароит, ки аз ҷараён, таваққуф, гармшавии маҳаллӣ ва турбулентӣ якҷоя муайян мешавад.

Тасвирҳои аланга чиро нишон доданд?

Пас аз оташгирӣ дар ибтидо як ядрои аланга пайдо шуда, пешонаи аланга ба шакли ангуштмонанд табдил ёфт. Дар ҷараёни рушд дар пушти аланга минтақаҳои дурахшони курашакл мушоҳида шуданд. Муҳаққиқон онҳоро ҳамчун сӯзиши ядрои гирдбод тафсир карданд, ки аз омехташавии шадиди омехтаи насӯхта бо маҳсулоти ҳарорати баланд дар марказҳои гирдбод ба вуҷуд меояд.

Дар зичиҳои пасти тӯр, ҳангоми гузаштани аланга аз сӯрохҳо, он ба шумораи зиёди алангаҳои реактивии хурд ҷудо шуд. Сатҳи аланга ҳамвории худро гум карда, чиндор ва васеъ шуд. Кашида шудани ҳавои тозаи бахши чап ба минтақаи сӯзиш, аз нав сӯхтани омехтаи аз сӯзишворӣ бой ва нопурра сӯхтаро дастгирӣ кард.

Дар шароити %20 гидроген–30 PPI ва %30 гидроген–10 ва 30 PPI паҳншавии дуҷониба мушоҳида шуд. Ҳангоме ки алангаи асосӣ ба охири дури канал пеш мерафт, алангаи равшантар аз таъсири фишори паст ва кашиш ба самти оташгирӣ баргашта паҳн мешуд.

Дар тӯрҳои зичии баланд симҳои металлӣ аз минтақаи реаксия гармиро босуръат гирифта, пешонаи алангаро ба қисмҳо ҷудо карданд ва бо муқовимати ҷараён алангаро кашида тунук намуданд. Тасвирҳои Шакли 6 нишон медиҳанд, ки бо баланд шудани зичии тӯр аз гузариши пайваста ба алангаҳои пора-пора ва дар баъзе шароитҳо ба хомӯшшавии пурра гузариш ба амал омадааст.

Суръати паҳншавии аланга чӣ гуна тағйир ёфт?

Пас аз гузаштани аланга аз қисми миёна ва тӯри симӣ, дар суръати паҳншавӣ ҷаҳишҳои назаррас ба вуҷуд омаданд. Дар шароити бе тӯр, афзоиши суръат пас аз гузаштани қисми миёна вобаста ба ҳиссаи гидроген %550, %166,7, %900 ва %100 ҳисоб шудааст.

Дар шароити метани холис, вақте тӯр вуҷуд надошт, суръати баландтарини аланга ба 65,5 m/s расид. Бо зиёд шудани зичии тӯр аз 10 PPI то 80 PPI, суръати қулла дар пушти тӯр аз тақрибан 32 m/s то 12,9 m/s коҳиш ёфт. Дуртарин нуқтае, ки аланга расида метавонист, низ аз равзанаи ҳаштуми мушоҳида то равзанаи чорум кӯтоҳ шуд.

Суръати баландтарин ҳамеша дар баландтарин ҳиссаи гидроген мушоҳида нашудааст. Дар шароити %20 гидроген ва 10 PPI аланга дар равзанаи шашум ба 129 m/s расид, дар ҳоле ки дар шароити %30 гидроген ва 10 PPI суръати қулла дар равзанаи панҷум 64,5 m/s буд.

Муҳаққиқон ин натиҷаи ғайричашмдоштро бо ҷудо шудани мавҷи зарба аз пешонаи аланга шарҳ медиҳанд. Дар ҳиссаи баланди гидроген мавҷи фишори пешсаф аз тӯр осонтар мегузарад, дар ҳоле ки пешонаи аланга аз ҷониби симҳои металлӣ ба қисмҳои хурд ҷудо шуда, гармӣ гум мекунад ва қафо мемонад. Ин механизм бо ченкунии мустақили алоҳида тасдиқ нашудааст; он барои шарҳи қолаби суръати мушоҳидашуда пешниҳод шудааст.

Равшании аланга ва давомнокии паҳншавӣ чиро нишон медиҳанд?

Дар шароити бе тӯр, вақте ҳиссаи гидроген аз %0 ба %30 зиёд шуд, шумораи максималии пикселҳои равшан аз 25.724 ба 36.408 расид. Ин ба афзоиши %41,53 дар шиддати рӯшноии алангаи асосёфта ба тасвир мувофиқ аст.

Дар зери тӯри 80 PPI шиддати рӯшноии алангаи метани холис танҳо ба %11,13-и арзиши бе тӯр поён рафт. Дар шароити %30 гидроген бошад, шиддати рӯшноӣ %48,92-и арзиши назоратиро нигоҳ дошт. Ин муқоиса нишон медиҳад, ки алангаҳои дорои ҳиссаи баландтари гидроген дар муқобили тӯри якхела зич метавонанд минтақаи равшани қавитарро нигоҳ доранд.

Вақте, ки барои расидани аланга ба дуртарин масофаи паҳншавӣ лозим буд, дар омехтаҳои дорои гидроген нисбат ба зичии тӯр каҷи якқулларо ташкил дод. Вақт аввал дароз шуд, дар 30 PPI ба баландтарин арзиш расид ва дар тӯрҳои зичтар боз кӯтоҳ шуд. Нисбат ба ҳолати бе тӯр, афзоиши вақт дар 30 PPI барои %10, %20 ва %30 гидроген мутаносибан %55,66, %15,79 ва %257 буд.

Дар зичии пасти тӯр аланга пурра хомӯш нашуд, аммо ҳангоми гузаштан аз сӯрохҳо таваққуф кард. Аз ин рӯ, вақти убури канал аз ҷониби аланга дароз шуд. Дар зичии баланд бошад, азбаски масофаи расидани аланга кӯтоҳ шуд, вақти умумии паҳншавӣ дубора кам гардид.

Чаро осеби сохторӣ муҳим дониста шуд?

Дар тӯрҳое, ки ҳангоми таркиш солим монданд, бо зиёд шудани зичӣ суръати аланга, масофаи паҳншавӣ ва равшанӣ дар маҷмӯъ кам шуданд. Тӯри солими 80 PPI дар озмоиши мувофиқи якпорчагии сохторӣ алангаро пурра хомӯш кард.

Дар тӯрҳои махсусе, ки аз таъсири таркиш канда шуданд, таъсири аслии фурӯнишонии тӯр аз байн рафт. Суръати аланга дар пушти тӯр аз 70 m/s баландтар монд, паҳншавии баландсуръат ба қисмати дарозтари канал паҳн шуд ва платои равшани суръат ба вуҷуд омад. Қавитарин тезониш дар шароити тӯри осебдидаи 30 PPI мушоҳида шуд.

Муқоисаи равшанӣ дар шароити %10 гидроген фарқи сохториро равшан нишон медиҳад:

Дар гурӯҳи тӯри осебдида вақти расидани аланга ба дуртарин нуқта нисбат ба баландтарин вақти гурӯҳи тӯри солим %32,30 кам шуд. Вақти кӯтоҳтар нишон медиҳад, ки аланга тезтар пеш рафтааст.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки на танҳо зичии сӯрохҳои тӯр, балки нигоҳ доштани якпорчагии чаҳорчӯба, пайвастҳо ва бофтаи симӣ зери бори таркиш низ қисми кори бехатарӣ мебошад.

Талафи гармӣ чӣ гуна ҳисоб шудааст?

Дар таҳқиқот талафи гармӣ бевосита бо калориметрия чен нашудааст. Он бо истифода аз хусусиятҳои термодинамикие, ки бо REFPROP 10.0 ҳисоб шудаанд, ва фишори максималии дар озмоиш ченшуда, аз фарқи байни фишори назариявии адиабатӣ ва фишори воқеӣ тахмин карда шудааст.

Гармии умумии ба берун интиқолшуда бо муносибати зерин дода шудааст:

\[ Q_{transferred} = Q_{released}-Q_{accumulated} = mC_{e,v}(T_{max,ad}-T_{max,real}) = \frac{V}{\gamma_e-1}(P_{max,ad}-P_{max,real}) \]

• \(Q_{transferred}\): Гармие мебошад, ки ба деворҳо ва тӯри симӣ интиқолшуда қабул шудааст.
• \(m\): Массаи омехтаи гази сӯхта мебошад.
• \(C_{e,v}\): Иқтидори хоси гармӣ дар ҳаҷми доимӣ мебошад.
• \(T_{max,ad}\): Ҳарорати максималии назариявии адиабатӣ мебошад.
• \(T_{max,real}\): Ҳарорати максималӣ, ки ба шароити воқеӣ мувофиқ аст.
• \(V\): Ҳаҷми реаксия мебошад.
• \(\gamma_e\): Таносуби гармиҳои хоси омехтаи гази сӯхта мебошад.
• \(P_{max,ad}\): Фишори қуллаи адиабатӣ мебошад, ки аз рӯи мувозинати химиявӣ ҳисоб шудааст.
• \(P_{max,real}\): Фишори қуллаи воқеӣ мебошад, ки дар озмоиш чен шудааст.

Нишондиҳандаи талафи гармӣ барои воҳиди масоҳат чунин таъриф шудааст:

\[ q_{tra} = \frac{V}{S}\frac{1}{\gamma_e-1} (P_{max,ad}-P_{max,real}) \]

Таносуби талафи гармӣ чунин аст:

\[ F_{tran} = \frac{Q_{tra}}{Q_{rel}} = \frac{P_{max,ad}-P_{max,real}} {P_{max,ad}-P_0} \]

• \(S\): Масоҳати сатҳи дохилие мебошад, ки дар интиқоли гармӣ истифода шудааст.
• \(P_0\): Фишори ибтидоии муҳит мебошад.
• \(F_{tran}\): Қисми ҳисобшудаи энергияи умумии реаксия мебошад, ки ба берун интиқол ёфтааст.

Натиҷаҳои талафи гармӣ чиро нишон доданд?

Бо зиёд шудани зичии тӯр фишори қуллаи ченшуда кам ва талафи гармии ҳисобшуда зиёд шудааст. Дар шароити %10 гидроген, дар ҳолати бе тӯр, ки танҳо деворҳои канал вуҷуд доштанд, талафи гармӣ тақрибан 27 kJ/m³ ва таносуби талафи гармӣ тақрибан %46 ҳисоб шудааст.

Ҳангоми илова кардани тӯри 10 PPI талафи гармии ҳисобшуда нисбат ба ҳолати бе тӯр %26 зиёд шуда, таносуби талафи гармӣ тақрибан ба %57 расидааст. Дар шароити 80 PPI талафи гармӣ тақрибан 44 kJ/m³ ва таносуби талафи гармӣ тақрибан %76 буд.

Тибқи хулосаи таҳқиқот, дар зери тӯри 80 PPI талафи гармии ҳисобшуда вобаста ба ҳиссаи гидроген аз ҳолати бе тӯр %52–84 баландтар буд. Бо вуҷуди ин, ҳар як афзоиши иловагии зичии тӯр ҳамон миқдор фоида надод. Пас аз он ки аланга аллакай заиф шуд, таъсири ҳошиявии сатҳи иловагии металл кам гардид.

Дар шароити 80 PPI таносуби талафи гармии омехтаи дорои %30 гидроген аз шароити метани холис танҳо тақрибан 7 банди фоизӣ баландтар буд. Муҳаққиқон ин натиҷаро бо он шарҳ медиҳанд, ки алангаи дорои гидроген тезтар паҳн шуда, вақти дастрасро барои гирифтани гармӣ аз ҷониби тӯри металлӣ кӯтоҳ мекунад.

Механизми сегонаи фурӯнишонӣ чӣ гуна кор мекунад?

Шакли 15 таъсири мутақобилаи байни тӯри симӣ ва алангаро аз рӯи ду натиҷаи эҳтимолӣ нишон медиҳад. Натиҷаи ниҳоӣ ба рақобати се механизм вобаста аст.

1. Хомӯшкунӣ дар тӯри металлӣ ва девори канал

Симҳои дорои ноқилияти баланди гармӣ аз минтақаи реаксияи аланга гармӣ мегиранд. Аланга аз ҷониби сӯрохҳо ба қисмҳои хурд ҷудо мешавад, ҳарорати маҳаллӣ паст мегардад ва намудҳои фаъоли химиявӣ дар сатҳи сим талаф мешаванд. Агар реаксия аз шароите паст шавад, ки метавонад худро нигоҳ дорад, аланга пурра хомӯш мешавад.

2. Таваққуф ва гузариш аз сӯрохҳо

Аланга ҳамеша мустақим хомӯш намешавад ё мустақим намегузарад. Қисмҳои хурди аланга метавонанд дар минтақаҳои бозгардиши пушти сӯрохҳо нигоҳ дошта шаванд. Ин алангаҳои истода метавонанд симҳоро пайваста гарм карда, қобилияти хунуккунии тӯрро бо мурури вақт заиф кунанд. Вақте бозхӯрди гармии кофӣ ба вуҷуд меояд, аланга метавонад ба пушти тӯр гузарад.

3. Сӯзиши аз турбулентӣ қавишуда

Ҳангоми гузаштани ҷараёни газ аз сӯрохҳо гирдбодҳо ба вуҷуд меоянд. Вақте аланга қисман аз тӯр мегузарад, ин турбулентӣ пешонаи алангаро чиндор карда, масоҳати сатҳи реаксияро зиёд мекунад. Суръати зиёдшудаи сӯзиш тӯрро тезтар гарм мекунад; гармшавии тӯр низ гузаштани алангаи таваққуфкардаро осон мекунад. Ҳамин тавр, турбулентӣ метавонад бозхӯрди мусбатеро ба вуҷуд оварад, ки раванди таваққуф-гузаришро тақвият медиҳад.

Дар зичиҳои пасти тӯр таъсирҳои турбулентӣ ва таваққуф-гузариш метавонанд бартарӣ пайдо кунанд. Дар зичиҳои баланди тӯр бошад, таъсири гирифтани гармӣ ва пора кардани аланга умуман бартарӣ дорад. Вақте осеби сохторӣ ба амал меояд, азбаски сохтори муназзами сӯрохҳо вайрон мешавад, таъсири хомӯшкунӣ аз байн рафта, турбулентии аз монеа ба вуҷудомада пешсаф мегардад.

Таҳқиқот кадом натиҷаҳоро дастгирӣ мекунад?

• Баланд кардани зичии тӯри симӣ дар шароити санҷидашуда фишори максималии таркиш ва суръати болоравии фишорро умуман кам кардааст.
• Тӯрҳои зичии паст, вақте алангаро хомӯш карда натавонистанд, метавонанд бо эҷоди турбулентӣ сӯзишро тезонанд.
• Баланд шудани ҳиссаи гидроген равшании аланга ва фишори таркишро умуман зиёд карда, хомӯшкуниро душвортар кардааст.
• Зичии баланди тӯр метавонад масофаи паҳншавӣ ва минтақаи равшани алангаро ба таври назаррас кам кунад.
• Якпорчагии механикии тӯри симӣ мисли зичии сӯрохҳо шарти муҳими самаранокӣ мебошад.
• Тӯри осебдида метавонад аз унсури фурӯнишон ба монеаи тавлидкунандаи турбулентии қавӣ табдил ёбад.
• Хомӯш кардани аланга танҳо бо талафи гармӣ не, балки бо таъсири мутақобилаи таваққуф, гузариш ва турбулентӣ муайян шудааст.

Таҳқиқот чиро исбот намекунад?

• Исбот намекунад, ки тӯри 80 PPI дар ҳамаи қубурҳои саноатӣ бехатар ё кофӣ аст.
• Нишон намедиҳад, ки коҳишҳои фоизии канали лабораторӣ дар қубурҳои пурмиқёси гази табиӣ айнан такрор мешаванд.
• Қоидаи тарҳрезиеро пешниҳод намекунад, ки барои ҳамаи диаметри симҳо, маводи тӯр, ғафсии тӯр ва таносуби майдони кушода эътибор дошта бошад.
• Омехтаҳои дорои ҳиссаи гидроген аз %30 баландтарро арзёбӣ намекунад.
• Фишори ибтидоии баланд, ҳарорати дигар, ҷараёни пайвастаи газ ё шароити детонатсияро намесанҷад.
• Талафи гармии ҳисобшударо бо ченкунии мустақими ҳарорат ё калориметрӣ тасдиқ намекунад.
• Нишон намедиҳад, ки рафтори осеби тӯри махсусан заифшуда дар ҳамаи алангагирандаҳои тиҷоратӣ яксон хоҳад буд.
• Сертификати маҳсулот, стандарти қубур ё кафолати бехатарии саҳроӣ пешниҳод намекунад.

Ин барои бехатарии энергетика ва саноат дар Туркия чӣ маъно дорад?

Таҳқиқот нишон медиҳад, ки дар системаҳои барои интиқоли гидроген ҳамроҳ бо гази табиӣ пешбинишуда на танҳо хусусиятҳои оташгирандагии омехта, балки устувории механикии унсурҳои пассивии бехатарӣ зери бори таркиш низ бояд арзёбӣ шавад.

Аз нуқтаи назари Туркия, паёми асосии муҳандисӣ ин аст, ки ҳангоми интихоби алангагиранда танҳо ба зичии сӯрохҳо ё талафи фишор дар шароити муқаррарӣ нигоҳ кардан кофӣ нест. Тарзи пайвастшавии тӯр, устувории чаҳорчӯба, деформатсия дар ҳарорати баланд ва турбулентие, ки пас аз осеб метавонад дар ҷараён ба вуҷуд орад, низ бояд ба арзёбии бехатарӣ дохил карда шаванд.

Бо вуҷуди ин, натиҷаҳои ададии таҳқиқотро ба қубурҳои Туркия мустақиман ҳамчун арзиши тарҳрезӣ интиқол додан мумкин нест. Тасдиқи пурмиқёс дар диаметри гуногуни қубур, суръати ҷараён, фишори корӣ, ҳиссаи гидроген, мавод ва стандартҳои техникии амалкунанда зарур аст.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Хулосаи техникии усул

Муқоисаи умумии натиҷаҳои фишор ва аланга

Нуқтаҳои қавии таҳқиқот

• Ченкунии фишор ва тасвирҳои баландсуръати аланга ҳамзамон арзёбӣ шудаанд.
• Ҳиссаи гидроген ва зичии тӯр ба таври салибӣ тағйир дода шудаанд.
• На танҳо гузашт ё нагузаштани аланга, балки суръат, морфология, равшанӣ ва вақти расидан низ омӯхта шудаанд.
• Тӯрҳои солим ва осебдида мустақим муқоиса шудаанд.
• Додаҳои фишор бо равиши талафи энергия ба таҳлили механизм пайваст шудаанд.
• Дар Шакли 15 роҳҳои гуногуни физикии хомӯшкунӣ ва гузариши номуваффақ ба таври муттаҳид нишон дода шудаанд.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот

• Шумораи такрорҳои таҷриба ва тағйирёбӣ байни озмоишҳо шарҳ дода нашудаанд.
• Дар графикҳо сутунҳои хато ё номуайянии ченкунӣ дода нашудаанд.
• Натиҷаҳо бо як геометрияи канал ва як фишори ибтидоӣ маҳдуданд.
• Диаметри сими тӯр, андозаи сӯрох, таносуби майдони кушода ва ғафсии тӯр бо тафсилоти кофӣ гузориш нашудаанд.
• Талафи гармӣ мустақим чен нашуда, аз фарқи фишори назариявӣ ва воқеӣ бароварда шудааст.
• Тӯри махсуси осебдида барои нишон додани вайроншавии сохторӣ ба таври назоратшаванда тарҳрезӣ шудааст; он метавонад пиршавии воқеии хизматиро пурра намояндагӣ накунад.
• Ҷамъбасти коэффисиентҳои ранг дар муодилаи коркарди тасвир аз 1 калонтар аст.
• Номгузории воҳиди PPI байни матн ва графикҳо мутобиқ нест.
• Гарчанде дар муодилаҳои талафи гармӣ ибораи камераи курашакл истифода шудааст, дастгоҳи таҷрибавӣ канали уфуқӣ мебошад.
• Байни талафи гармии барои воҳиди масоҳат таърифшуда ва воҳиди kJ/m³, ки дар графикҳо истифода шудааст, номувофиқии шарҳдоданашуда вуҷуд дорад.
• Натиҷаҳои боздошти муваффақи аланга бо зичии тӯр комилан яксамт пеш нарафтаанд.
• Натиҷаҳои лабораторӣ дар миқёси саноатӣ ё шароити воқеии ҷараёни пайваста тасдиқ нашудаанд.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

• Номи аслии таҳқиқот: Suppression of hydrogen-methane explosion flames by metal wire mesh: Heat loss effect and explosion suppression mechanism
• Тартиби муаллифон дар preprint-и боршуда: Zhenmin Luo; Wenkang Zuo; Bin Su; Siru Yang; Fan Nan; Ruolin Hao; Zhe Fan; Sijia Wang; Yuwei Wang; Bingzhuo Yan; Tao Wang
• Тартиб дар сабти манбаи SSRN ва версияи тақризшуда: Wenkang Zuo; Zhenmin Luo; Bin Su; Siru Yang; Fan Nan; Ruolin Hao; Zhe Fan; Sijia Wang; Yuwei Wang; Bingzhuo Yan; Tao Wang
• Огоҳӣ дар бораи тартиби муаллифон: Байни саҳифаи унвони боршуда ва сабти манбаи SSRN тартиби ду муаллифи аввал фарқ мекунад. Ин фарқ бесадо ислоҳ нашуда, мувофиқи версияҳо ҷудогона нишон дода шудааст.
• Муаллифи якуми баробар: Изҳороти саҳми баробар ё муаллифии якуми баробар мавҷуд нест.
• Муаллифи масъул: Bin Su
• Почтаи электронии муаллифи масъул: su_bin@stu.xust.edu.cn
• Муассиса: School of Safety Science and Engineering, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an, Shaanxi, Чин
• Муассисаи дуюм: Барои Zhenmin Luo инчунин Shaanxi Engineering Research Center for Industrial Process Safety and Emergency Rescue, Xi’an, Shaanxi, Чин
• Навъи манбаи боршуда: Мақолаи таҳқиқотии preprint, ки аз тақризи ҳамсолон нагузаштааст
• Платформаи preprint: SSRN
• Санаи пешниҳоди preprint: 15 июни 2026
• DOI-и preprint: 10.2139/ssrn.6944012
• Пайванди preprint:Саҳифаи расмии сабти SSRN
• Ҳолати нашри тақризшуда: Версияи баъдии таҳқиқот ҳамчун мақолаи пурраи таҳқиқотии тақризшуда нашр шудааст.
• Маҷалла: Fuel
• Ношир: Elsevier
• Сабти версияи тақризшуда: Fuel, Ҷилди 429, Part B, Феврали 2027, Мақолаи 140749
• DOI-и версияи тақризшуда: 10.1016/j.fuel.2026.140749
• Пайванди версияи тақризшуда:Саҳифаи расмии нашр дар ScienceDirect
• Версияе, ки мундариҷаи илмӣ ба он такя мекунад: Матни preprint-и SSRN-и боршуда

Мундариҷаи илмии ин мақолаи Verianla танҳо бар асоси матни таҳқиқоти боршуда, додаҳои таҷрибавӣ, муодилаҳо, ҷадвалҳо, графикҳо ва шаклҳо омода шудааст. Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи библиографии DOI-и preprint, ҳолати кунунии нашр, маҷалла, ношир ва DOI-и версияи тақризшуда истифода шудаанд. Аз манбаъҳои беруна бозёфти нави илмӣ илова нашудааст.

Дар версияи боршуда огоҳии “This preprint research paper has not been peer reviewed” ҷой дорад. Дар баробари ин, версияи баъдии тақризшудаи таҳқиқот дар маҷаллаи Fuel нашр шудааст. Азбаски матни илмии баррасишуда версияи preprint мебошад, ислоҳҳои эҳтимолии усулӣ, ададӣ ё навишторие, ки дар версияи тақризшуда анҷом дода шудаанд, ба баёни илмии ин мақола интиқол дода нашудаанд.

Дар матн баъзе номувофиқиҳои техникӣ мавҷуданд: ҷамъбасти коэффисиентҳои муодилаи хокистарӣ 1,030 аст; шарҳи меҳвари PPI ба шакли “Pixels Per Inch” навишта шудааст, ки ба контексти зичии тӯр мувофиқат намекунад; бо вуҷуди озмоиши канали уфуқӣ дар шарҳи талафи гармӣ ибораи “камераи таркиши курашакл” истифода шудааст; ҳамчунин таърифи талафи гармӣ барои воҳиди масоҳат бо арзишҳои гузоришшуда дар kJ/m³ комилан мувофиқ нест. Ин нуқтаҳо бе ислоҳи пинҳонии таҳқиқот ошкоро нишон дода шудаанд.

Натиҷаҳо ба озмоишҳои канали пӯшидаи миқёси лабораторӣ тааллуқ доранд. Тарҳи алангагирандаҳое, ки дар қубурҳои воқеии гази табиӣ истифода мешаванд, бояд бо озмоишҳои пурмиқёс, стандартҳои техникии дахлдор, фишорҳои баланди корӣ, шароити ҷараёни пайваста ва санҷишҳои сертификатсияи маҳсулот ҷудогона тасдиқ карда шавад.