Karakteristik perambatan gelombang detonasi di belakang celah sempit

SANTOSO, Tri, Dr. Eng. Jayan Sentanuhady, S.T., M.Eng

2010 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Gelombang kejut yang merambat berimpit dengan gelombang reaksi mempunyai tekanan ekstrim tinggi yang berpotensi membangkitkan ledakan jika kecelakaan detonasi terjadi. Pengetahuan reinisiasi detonasi merupakan hal yang sangat penting diketahui untuk mendesain detonation arrester yang efektif sebagai alat pengaman untuk mengeliminasi detonasi. Rugi kalor (heat loss) dan juga ekspansi akibat fenomena difraksi akan menggagalkan proses self sustained propagation pada sistem detonasi, sehingga gelombang kejut dan gelombang reaksi akan terpisah sehingga kecepatan rambat pembakaran menurun menjadi subsonik (deflagrasi), dimana kondisi ini lebih mudah dikendalikan dan tidak terlalu berbahaya. Teknik merubah detonasi menjadi deflagrasi melalui fenomena difraksi dapat digunakan sebagai dasar metode untuk mendesain detonation arrester. Penelitian ini menggunakan model celah sempit (narrow gap) yang bertujuan untuk menyelidiki hubungan fenomena difraksi dengan reinisiasi detonasi. Penelitian ini menggunakan pipa uji detonasi horizontal berpenampang lingkaran berdiameter dalam 50 mm dengan panjang 6000 mm. Bahan bakar yang digunakan adalah premixed hidrogen dan oksigen dengan kondisi stoikiometri yang divariasikan tekanan awalnya mulai dari 20 kPa sampai dengan 100 kPa. Setelah diinisiasi maka detonasi akan terbangkit melalui proses DDT, kemudian menjadi gelombang detonasi stabil yang merambat menuju model celah sempit yang divariasikan lebar celahnya mulai dari 4 mm sampai dengan 10 mm. Setelah melalui celah sempit, gelombang detonasi akan mengalami difraksi untuk kemudian diselidiki hubungannya terhadap reinisiasi detonasi. Hasil penelitian yaitu karakter perambatan detonasi di belakang (downstream) model celah sempit diklasifikasikan menjadi tiga pola rambatan. (1) Reinisiasi detonasi, merupakan peristiwa kembali terjadinya detonasi oleh adanya interaksi gelombang kejut dengan dinding pipa dan oleh adanya DDT. (2) Transmisi detonasi, merupakan peristiwa re-inisiasi detonasi yang cepat ditandai adanya jarak reinisiasi detonasi (Dri) yang sangat dekat dari permukaan model celah sempit. (3) Quenching detonasi, merupakan peristiwa dimana reinisiasi detonasi tidak terjadi di daerah observasi. Reinisiasi akan lebih cepat terjadi jika dipicu oleh interaksi gelombang kejut dengan dinding pipa apabila lebar celah sempit minimal 3,5 kali sel detonasi dengan jarak reinisiasi lebih kecil dari 3 kali diameter pipa. Interaksi gelombang kejut dengan dinding pipa akan sukses mereinisiasi detonasi jika tekanan gelombang kejut lebih besar dari 18,3 kali tekanan awal gas oksihidrogen.

The couple of shock wave and reaction wave that propagates with supersonic velocity has an extreme pressure can cause damage seriously explosion if detonation accident is happened. The study of detonation reinitiation is a real important view to design detonation arrester that could be used to eliminate the detonation propagation. Heat loss as well as expansion process as a result of diffraction phenomenon can cause the sustained propagation of detonation wave failure, so that shock wave and reaction wave will be decouple and propagation velocity declines become subsonik (deflagration), where is this condition easier to be controlled and not too dangerous. The way to converts detonation wave to be deflagration wave through diffraction phenomenon is serve to be basic method to design detonation arrester. This research used narrow gap plate to generated the diffraction phenomenon that related to the detonation reinitiation. This research used horizontal circular pipe which having 50 mm inside diameter and 6000 mm length. The fuel is premixed mixture of hydrogen and oxygen with stoichiometry condition and the initial pressure condition would be variated from 20 kPa up to 100 kPa. After initiated process occurs, the detonation wave will be generated by DDT mecanism and than propagates with stable velocity ahead toward narrow gap plate that having width of gap variation starts from 4 mm up to 10 mm. After propagates through narrow gap, the detonation wave will be diffracted and then would be investigated related to the detonation reinitiation. The result show that characteristic of detonation wave propagation behind narrow gap is classified to three propagations. (1) Detonation reinitiation, the detonation wave is immediately reinitiated by interaction of shock wave with inside pipe wall and by existence of DDT mechanism. (2) Detonation transmission, the detonation wave is rapidly reinitiated by interaction of shock wave with inside pipe wall that is marked existence of nearest reinitiation distance (Dri) from the narrow gap surface. (3) Quenching detonation, the detonation wave is not reinitiated in the region of observation. The detonation wave is immediately reinitiated if is triggered by interaction of shock wave with inside pipe wall if width of narrow gap at least 3,5 times detonation cells and the reinitiation distance becomes smaller than 3 times inside pipe diameter. Interaction of Shock wave with inside pipe wall will be succeed to reinitiated if shock wave pressure bigger than 18,3 times initial pressure of test gas hydrogen and oxygen mixture.

Kata Kunci : Gelombang detonasi,Gelombang deflagrasi,Difraksi,Reinisiasi