ИСТИНА

Водород является одним из самых экологически чистых видов топлива, поэтому прилагаются серьезные усилия, чтобы сделать его наиболее распространенным топливом. Смеси водорода с воздухом очень чувствительны к воспламенению и взрыву, что создает проблему безопасности при использовании водорода в качестве топлива. Горение водородно-воздушных смесей может происходить в двух основных режимах: дефлаграции и детонации. Химический механизм преобразования энергии в волнах дефлаграции и детонации практически одинаков, количество выделяемой энергии одинаково. Однако физические механизмы распространения фронта горения совершенно различны. Механизм распространения волны дефлаграции заключается в нагреве непрореагировавшего газа за счет передачи тепла от горячих продуктов реакции по механизму теплопроводности. Детонация распространяется за счет сжатия непрореагировавшего газа ударной волной, что приводит к повышению его температуры и ускорению химических реакций. Волны детонации характеризуются сверхзвуковой скоростью распространения и резким ростом давления за волной. Волны дефлаграции характеризуются медленной дозвуковой скоростью волны и практически постоянным давлением (имеется небольшое падение давления в волне). Очевидно, что возникновение детонации после случайного выброса водорода и смешивания его с воздухом может нанести гораздо более сильные разрушения, чем горение смеси в режиме дефлаграции. Химические ингибиторы продемонстрировали свою эффективность в подавлении режимов горения. Однако, впрыск ингибитора и смешивание его с горючей смесью является процессом, обусловленным конвективной диффузией, которая имеет гораздо большее характерное время, чем детонация, сопровождающаяся распространением сверхзвуковой ударной волны. Таким образом, ингибитор вряд ли может быть эффективным для предотвращения детонации, будучи впрыснутым после случайного выброса газообразного топлива. Большинство используемых ингибиторов эффективны для предотвращения горения в режимах дефлаграции, поскольку характерное время впрыска ингибитора и смешивания сопоставимо с характерным временем распространения пламени, что дает возможность создания зоны пламегасителя впереди распространяющегося пламени. К сожалению, в случае гашения детонации эта стратегия не работает, поскольку детонация распространяется быстрее, чем ингибитор может быть диспергирован и смешан с топливом. Существует единственный вариант химического предотвращения начала детонации: предварительное смешивание ингибитора с топливом, так как он должен уже содержаться в топливе в случае случайного выброса топлива. Но существующие ингибиторы не могут быть субъектами для такой стратегии, поскольку, будучи предварительно смешанными с топливом, они вызывают подавление горения. Такие смеси становятся абсолютно безопасными, но бесполезными для горелок и других применений. Целью настоящего исследования будет подбор ингибитора, который мог бы подавлять детонацию, но способствовать режиму дефлаграции. Один и тот же ингибитор должен обладать обоими свойствами: подавлять возникновение детонации в смеси водорода с воздухом и поддерживать устойчивое горение в горелках разных типов. Химическая реакция водорода с кислородом является классическим примером разветвленной цепной реакции. В цепных реакциях важнейшую роль играют радикалы как промежуточные продукты элементарных стадий. Без посредничества радикалов конечный продукт не образуется. В реакции H2 и O2 наиболее подвижным и активным радикалом является атомарный водород H. Если его активность снизить, реакция замедлится. Топливом, которое будет использоваться для снижения концентрации атомарного водорода, может быть ненасыщенный углеводород. Реакция с атомарным водородом идет с устранением двойной связи между атомами углерода. Образующийся алкановый радикал гораздо менее активен, чем атомарный водород.