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Journal of Korean Institute of Fire Science and Engineering 2008;22(3):234-238.
Published online September 30, 2008.
HFP를 첨가한 수소/공기 혼합기의 발화억제
이의주, 오창보
1부경대학교 안전공학부2부경대학교 안전공학부
Ignition Suppression in Hydrogen/Air Mixtures Inhibited by Heptafluoropropane
Lee Eui-Ju, Oh Chang-Bo
요약
수소의 연소과정 중 하나인 자연발화에 대해 HFP를 첨가하였을 때 발화 지연을 수치해석을 통하여 조사하였다. 단열 밀폐시스템에서 대기압 하에서의 비정상 상태를 가정하였으며, 수소/공기/헵타플루오르헵탄(HFP)의 반응기구는 93개의 화학종과 817개의 화학반응식을 고려하였다. 먼저 이론당량비의 순수한 수소/공기 혼합기 계산결과로부터 연료와 산화제만 존재하는 혼합기에서는 자연발화시간을 결정하는 판별방법의 선택은 그리 중요하지 않고, 대부분의 판별방법이 잘 일치하는 결과를 얻을 수 있었다. 또한 수소/공기의 자연발화시간은 기존문헌의 실험결과와 잘 일치함을 알 수 있어 사용된 수소반응기구를 검증할 수 있었다. HFP를 수소/공기 혼합기에 섞었을 경우에는 각 순간적 화학적 반응에 의해 OH농도의 변곡점이 다양한 시각에 나타나므로 온도의 변곡점으로 발화시간을 판단하는 것이 보다 타당하다는 결과를 얻었다. 그리고 HFP의 농도가 10% 이상인 경우 큰 발화지연효과를 볼 수 있는데, 이 때, HFP 농도가 증가할수록 희석효과에 비해 화학적 효과가 발화시간 지연에 보다 크게 기여함을 알 수 있다.
Abstract
Autoignition suppression of hydrogen/air premixed mixtures by $CF_3CHFCF_3(HFP)$ was investigated computationally. Numerical simulation was performed in isobaric and homogeneous system to evaluate the induction times. The detailed chemistry of 93 species and 817 reaction mechanism was introduced for hydrogen/air/HFP mixtures. The result of pure hydrogen/air mixture show that the resulting value of induction time depends relatively weakly on the definition used event though there are various criteria for defining the induction time such as the inflection of temperature, OH and $O_2$ concentrations generally. Also, the autoignition temperature of $H_2/air$ mixture is estimated to about 850K, which is corresponds to the literature value. In the case of HFP addition in $H_2/air$ mixture, the results shows that there are several inflection points of radical concentration, and hence it might be to use the temperature for defining ignition delay. When HFP is added to stoichiometric $H_2/air$ mixture, the effect of ignition delay is outstanding above 10% HFP concentration. As HFP concentration increases, both dilution and chemical effects contribute to delay the ignition. Also, the chemical effect on the ignition delay is more considerable with the higher HFP concentration.
Key Words: Autoignition, Induction time, Heptafluoropropane(HFP), Hydrogen safety
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