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The present paper aims to re-examine the validity of the linear correlation found between AFTLOC, the adiabatic flame temperature at the apex of the flammability range of fuel-air-inert mixtures (where LOC, the Limiting Oxygen Concentration, is measured) and AFTLFL, the adiabatic flame temperature at the lower flammability limit of fuel-air mixtures (LFL). New sets of experimental measurements of LFL and LOC referring to fuel-air mixtures diluted with N2, CO2 and H2O(vap) from trusted literature sources form a comprehensive database for such evaluation. Both the slope and intercept of correlations AFTLOC = a + b*AFTLFL are dependent on the nature of inert gas and on initial temperature. Based on the linear correlation between AFTLOC and AFTLFL, a procedure for calculation of LOC and MIC (Minimum Inert Concentration) of fuel-air-inert mixtures is presented, using measured or calculated LFL of fuel-air mixtures and their corresponding AFT. The method predicts with reasonable accuracy LOC and MIC of fuel-air-inert mixtures (relative deviations ranging between -14 and +17% when calculated and measured LOC and MIC for fuelair-nitrogen and fuel-air-carbon dioxide at ambient initial conditions are examined).
Die zeitlichen Druckanstiege dp/dt von binären Methan/Sauerstoffgemischen wurden im Explosionsbereich bei Anfangsdrücken von 1 bar und 5 bar experimentell untersucht und das normierte europäische Bestimmungsverfahren für zeitliche Druckanstiege DIN EN 15967 [1] auf Anwendbarkeit bei erhöhtem Anfangsdruck und reinem Sauerstoff als Oxidator geprüft.
Die Messergebnisse zeigen eine Zunahme der zeitlichen Druckanstiege bei einem Annähern der Gemischzusammensetzung an das stöchiometrische Verhältnis der vollständigen Verbrennungsreaktion (CH4:O2 1:2). Eine zuverlässige Bestimmung der zeitlichen Druckanstiege ist ab einer bestimmten Zusammensetzung nicht mehr möglich, da starke Oszillationen der Drucksignale auftreten. Um trotz der Oszillationen Auswertungen zu ermöglichen wird erstmals zur Glättung der Signale ein physikalisches Modell für Gasexplosionen im geschlossenen Gefäß verwendet. Damit ist es möglich, noch stark oszillierende Signale auszuwerten. Trotzdem gelingt es nicht, den gesamten Explosionsbereich mit der üblichen Messtechnik zu untersuchen. Für die Druckmessung wurden sowohl piezoresistive als auch piezoelektrische Druckmessensoren eingesetzt. Die Messergebnisse der beiden Sensoren stimmen sehr gut überein. Die verwendeten piezoresistive Druckmesssensoren können jedoch ab einer bestimmten Gemischzusammensetzung durch die sehr schnellen Druckstöße (dp/dt > 30000 bar/s) zerstört werden. Für solche Fälle wären die robusteren piezoelektrischen Sensoren besser geeignet. Bei einem Anfangsdruck von 5 bar liegen die Konzentrationsbereiche, in denen keine Auswertung mehr möglich ist bei 16 Mol-% bis 53 Mol-% Methananteil. Bei einem Anfangsdruck von 1 bar fällt dieser Konzentrationsbereich kleiner aus (von 24 Mol-% bis 42 Mol-% Methananteil).
Die Messergebnisse zeigen jedoch, dass die ausschließlich für Atmosphärendruck geltende Norm DIN EN 15967 auch für höhere Anfangsdrücke und reinen Sauerstoff als Oxidator prinzipiell anwendbar ist.