Modellering av sot i bränder

I denna studie har bildning av CO från sot i det varma rökgaslagret undersökts.

Undersökningen har gjorts i huvudsakligen för rika blandningar med ekvivalenskvoter från 1.0 till 3.0. För att kunna studera tillväxten av sotpartikeln som en funktion av ekvivalenskvoten och uppehållstiden, ekvivalenskvoter från 0,5 till 40 och uppehållstider från 0,25 till 10 s har använts. Gasfaskemin har beräknats genom att använda Sandia CHEMKIN kod [1]. En så kallad ’perfekt blandad reaktor’ (eng. perfectly stirred reactor (PSR)) har använts för att modellera det heta rökgaslagret. Gastemperaturen i reaktorinloppet, ekvivalenskvoten och uppehållstiden har varierats för att undersöka den termokemiska miljön vid givna platser i rökgaslagren. Eten, C2H4, valdes som bränsle eftersom den har en tillräckligt stort kol/väte kvot för att bilda sotpartiklar.
Den kemisk-kinetiska modellen som användes består av en gasfaskemi (som inkluderar reaktioner från små radikaler/molekyler upp till aromatiska ämnen som pyren), bildande av sotkärnor, partikeltillväxt, sammanslagning av partklar och yttillväxt.

Gasfaskemin

Gasfaskemin har beräknats med hjälp av GRI-Mech 1.2 schema [2] för mindre kolväten. Reaktionsschemat modifierades för att inkludera högre kolvätereaktioner (aromatisk kemi). Reaktionen för bensen och fenylbildning har modellerats genom C4Hx reaktioner med acetylen och genom ringbildningsreaktioner av C6Hx-ämnen samt genom rekombinationsreaktioner av propargylradikaler [3]. Reaktioner med molekyler bestående upp till fyra aromatiska ringar, dvs pyren ingår i den aromatiska gasfaskemin. Pyrenbildningen startas från bensen genom att följa ”HACA” (hydrogen abstraktion-koladdaring) reaktionssekvens vid bildning av bifenyl (dvs, ring-ring kondensation). Gasfaskemin inkluderar totalt 542 elementära reaktionssteg.  Sotkinetiken beskrivs med sk momentmetoden (eng. methods of moments)[5]. Yttilväxten beskrivs genom en 6-steg reaktionsmekanism som påminner om HACA-mekanismen för PAH [3, 6].

Sotbildning

Sotbildningen startar vid en ekvivalentkvot av 1.0 och ökar linjärt med ökad ekvivalenskvot. Partikelstorleken ökar med ökad uppehållstid. Reaktionen mellan sot och CO2 resulterar i CO, detta uppträder vid temperaturer som är högre än 950°C. Ju högre temperatur och ekvivalenskvot desto högre är CO-bildningen via denna mekanism. Tillägg av extra CO2 till blandningen ökar bildningen av CO och minskar volymfraktionen av sot. Denna effekt stärks med ökad temperatur och ekvivalenskvot.

Identifikation av denna ”nya” källa av CO ökar vår kunskap av produktionen av CO i heta gaslager. Resultaten kan användas för att förutspå CO-bildning i starkt underventilerade rumsbränder. Detaljerade resultat framgår av SP rapport 2002:08.

Relaterad information

Verksamhetsområden

RISE Säkerhet och transport

Kontaktpersoner

Raúl Ochoterena

Tel: 010-516 58 56

RISE Research Institutes of Sweden, Tel 010-516 50 00, E-post info@ri.se

SP, Innventia och Swedish ICT har gått samman i RISE för att bli en starkare forsknings- och innovationspartner för näringsliv och samhälle.
Under 2017 kommer sp.se att vara en av flera webbplatser inom RISE. Besök gärna ri.se för mer information om RISE.

Dela den här sidan: