臺灣博碩士論文加值系統

本研究是對2012年美國壓縮氣體協會(CGA)的矽甲烷無侷限爆炸試驗進行模式分析，CGA的實驗使用了埋設的壓力傳感器，記錄各位置的爆炸壓力值，並採用高速攝影機全程錄影拍攝爆炸的火球，因此成了本研究對於無侷限矽甲烷爆炸壓力的模式分析的基礎。

本研究利用Thomas (1966)的聲學膨脹理論的模式及燃燒前後的膨脹係數，來進行爆炸的火球以及壓力波形的分析；另外，本研究的模式分析還對CGA實驗所記錄的爆炸壓力進行膨脹係數的推估，透過模式分析的計算，以計算出的壓力值和膨脹係數的關係，並對CGA無侷限矽甲烷爆炸壓力情形歸納出一套以距爆炸中心的距離為區域線，依觀察爆炸壓力及膨脹係數的現象劃分成四個區域，以提供未來預測矽甲烷爆炸危害之參考。

This study aims to perform model analysis on the 2012 Compressed Gas Association (CGA) tests on unconfined silane explosion. The CGA tests used buried pressure transmitters at different locations to record the explosion pressure. Also, high-speed video camera was also used record the explosion fire balls. These data provided the basis for the model analysis in this work.

This work utilized the acoustical theory for pressure expansion by Thomas (1966) and the expansion coefficient before and after the combustion to analyze the explosion fire ball and pressure generation. The CGA tests results were also used to calculate the required expansion coefficient for silane combustion, and the relationship between overpressure and expansion coefficients. Finally, the results were summarized in terms of four different zones for explosion overpressure and expansion coefficients. The results will be useful for predicting silane explosion hazards.

目 錄

中文提要 ------------------------------------------------------------------------------- i
英文提要 ------------------------------------------------------------------------------ ii
誌謝 ------------------------------------------------------------------------------------ iii
目錄 ------------------------------------------------------------------------------------ iv
表目錄 -------------------------------------------------------------------------------- vi
圖目錄 ------------------------------------------------------------------------------- viii
第一章 前言 ------------------------------------------------------------------------- 1
第二章 文獻回顧 ------------------------------------------------------------------- 3
2-1無侷限氣體爆炸的火焰速度 ------------------------------------------ 3
2-2無侷限氣體爆炸 ---------------------------------------------------------- 5
2-3矽甲烷蒸氣雲爆炸 ------------------------------------------------------- 6
2-4無侷限矽甲烷氣體爆炸實驗 ------------------------------------------ 7
第三章 研究方法 ------------------------------------------------------------------- 9
3-1實驗現場配置 ------------------------------------------------------------- 9
3-2試算模組 ------------------------------------------------------------------ 11
3-3試算模組的研究方向 -------------------------------------------------- 12
3-3-1 樣本的選擇 ----------------------------------------------------------- 13
3-3-2試算值和實際值的關係 -------------------------------------------- 15
3-3-3膨脹係數的分析 ------------------------------------------------------ 16
3-3-4壓力波形的分析 ------------------------------------------------------ 16
3-4分析辦法 ------------------------------------------------------------------ 17
第四章 實驗結果 ----------------------------------------------------------- 18
4-1爆炸中心位置 ----------------------------------------------------------- 18
4-2爆炸壓力和距離的關係 ----------------------------------------------- 23
4-2-1 Test#8的試算分析 --------------------------------------------------- 25
4-2-2 Test#9的試算分析 --------------------------------------------------- 26
4-2-3 Test#10的試算分析 -------------------------------------------------- 27
4-2-4 Test#12的試算分析 -------------------------------------------------- 28
4-2-5 Test#13的試算分析 -------------------------------------------------- 29
4-2-6 Test#14的試算分析 -------------------------------------------------- 30
4-2-7試算值和實際值的關係 -------------------------------------------- 31
4-3膨脹係數 ---------------------------------------------------------------- 33
4-3-1 Test#8膨脹係數的試算分析 -------------------------------------- 34
4-3-2 Test#9膨脹係數的試算分析 -------------------------------------- 36
4-3-3 Test#10膨脹係數的試算分析 --------------------------------------38
4-3-4 Test#12膨脹係數的試算分析 ------------------------------------- 40
4-3-5 Test#13膨脹係數的試算分析 ------------------------------------- 42
4-3-6 Test#14膨脹係數的試算分析 ------------------------------------- 44
4-3-7膨脹係數的實驗結果 ----------------------------------------------- 46
4-4實際值的膨脹係數 ----------------------------------------------------- 48
4-4-1 Test#8實際值的膨脹係數 ------------------------------------------ 49
4-4-2 Test#9實際值的膨脹係數 ------------------------------------------ 51
4-4-3 Test#10實際值的膨脹係數 ---------------------------------------- 53
4-4-4 Test#12實際值的膨脹係數 ---------------------------------------- 55
4-4-5 Test#13實際值的膨脹係數 ---------------------------------------- 57
4-4-6 Test#14實際值的膨脹係數 ---------------------------------------- 59
4-4-7實驗結果 --------------------------------------------------------------- 61
第五章 結論 ------------------------------------------------------------------------ 64
5-1膨脹係數和實際值的關係 -------------------------------------------- 64
5-2膨脹係數和壓力源的關係 -------------------------------------------- 70
5-3模式分析的總結 -------------------------------------------------------- 72
參考文獻 ----------------------------------------------------------------------------- 75
表目錄

表3-1、初始測試條件、點火延遲和估計矽甲烷的釋放量 --------------- 14
表4-1、爆炸中心距離各壓力傳感器的距離 -------------------------------- 19
表4-2、Test#8的爆炸中心至各PT點的實際距離 -------------------------- 21
表4-3、Test#9的爆炸中心至各PT點的實際距離 -------------------------- 21
表4-4、Test#10的爆炸中心至各PT點的實際距離 ------------------------ 21
表4-5、Test#12的爆炸中心至各PT點的實際距離 ------------------------ 22
表4-6、Test#13的爆炸中心至各PT點的實際距離 ------------------------ 22
表4-7、Test#14的爆炸中心至各PT點的實際距離 ------------------------ 22
表4-8、四氫化矽的物質安全資料表 ------------------------------------------ 24
表4-9、Test#8的試算值和觀察值 ---------------------------------------------- 25
表4-10、Test#9的試算值和觀察值 --------------------------------------------- 26
表4-11、Test#10的試算值和觀察值 ------------------------------------------- 27
表4-12、Test#12的試算值和觀察值 ------------------------------------------- 28
表4-13、Test#13的試算值和觀察值 ------------------------------------------- 29
表4-14、Test#14的試算值和觀察值 ------------------------------------------- 30
表4-15、Test#8實際值和試算值的膨脹係數範圍 -------------------------- 46
表4-16、Test#9實際值和試算值的膨脹係數範圍 -------------------------- 46
表4-17、Test#10實際值和試算值的膨脹係數範圍 ------------------------ 46
表4-18、Test#12實際值和試算值的膨脹係數範圍 ------------------------ 47
表4-19、Test#13實際值和試算值的膨脹係數範圍 ------------------------ 47
表4-20、Test#14實際值和試算值的膨脹係數範圍 ------------------------ 47
表4-21、Test#8各點最高實際壓力值的膨脹係數 -------------------------- 61
表4-22、Test#9各點最高實際壓力值的膨脹係數 -------------------------- 61
表4-23、Test#10各點最高實際壓力值的膨脹係數 ------------------------ 61
表4-24、Test#12各點最高實際壓力值的膨脹係數 ------------------------ 62
表4-25、Test#13各點最高實際壓力值的膨脹係數 ------------------------ 62
表4-26、Test#14各點最高實際壓力值的膨脹係數 ------------------------ 62
表5-1、膨脹係數關係表 ---------------------------------------------------------- 66
表5-2、各壓力源下各點膨脹係數平均值-A ----------------------------------- 70
表5-3、各壓力源下各點膨脹係數平均值-B ----------------------------------- 70
表5-4、各壓力源下各點膨脹係數平均值-C ----------------------------------- 71














圖目錄

圖2-1、三種擁塞度的火焰速度和氫氣洩漏量的關係 --------------------- 5
圖2-2、蒸氣雲可燃性上下限的示意圖 ---------------------------------------- 6
圖2-3、無侷限矽甲烷氣體爆炸實驗 ------------------------------------------- 8
圖3-1、實驗現場配置 ------------------------------------------------------------- 10
圖3-2、壓力傳感器(灰色圈)相對於釋放孔(X , Y)=(0 , 0)的位置 -------- 11
圖3-3、火焰半徑和時間的關係圖 --------------------------------------------- 15
圖4-1、壓力傳感器的相對位置 ------------------------------------------------ 19
圖4-2、Explosion center ------------------------------------------------------------ 20
圖4-3、試算模組所使用的距離位置 ------------------------------------------ 24
圖4-4、Test#8的試算值和觀察值的壓力關係 ------------------------------ 25
圖4-5、Test#9的試算值和觀察值的壓力關係 ------------------------------ 26
圖4-6、Test#10的試算值和觀察值的壓力關係 ----------------------------- 27
圖4-7、Test#12的試算值和觀察值的壓力關係 ----------------------------- 28
圖4-8、Test#13的試算值和觀察值的壓力關係 ----------------------------- 29
圖4-9、Test#14的試算值和觀察值的壓力關係 ----------------------------- 30
圖4-10、各初始壓力下壓力試算值和距離的關係 ------------------------ 31
圖4-11、各初始壓力下實際壓力值和距離的關係 ------------------------ 31
圖4-12、Test#8各膨脹係數試算值和實際值PT#1的關係 --------------- 34
圖4-13、Test#8各膨脹係數試算值和實際值PT#0的關係 --------------- 34
圖4-14、Test#8各膨脹係數試算值和實際值PT#2的關係 --------------- 35
圖4-15、Test#8各膨脹係數試算值和實際值PT#4的關係 --------------- 35
圖4-16、Test#9各膨脹係數試算值和實際值PT#1的關係 --------------- 36
圖4-17、Test#9各膨脹係數試算值和實際值PT#0的關係 --------------- 36
圖4-18、Test#9各膨脹係數試算值和實際值PT#2的關係 --------------- 37
圖4-19、Test#9各膨脹係數試算值和實際值PT#4的關係 --------------- 37

圖4-20、Test#10各膨脹係數試算值和實際值PT#1的關係 -------------- 38
圖4-21、Test#10各膨脹係數試算值和實際值PT#0的關係 -------------- 38
圖4-22、Test#10各膨脹係數試算值和實際值PT#2的關係 -------------- 39
圖4-23、Test#10各膨脹係數試算值和實際值PT#4的關係 -------------- 39
圖4-24、Test#12各膨脹係數試算值和實際值PT#1的關係 -------------- 40
圖4-25、Test#12各膨脹係數試算值和實際值PT#0的關係 -------------- 40
圖4-26、Test#12各膨脹係數試算值和實際值PT#2的關係 -------------- 41
圖4-27、Test#12各膨脹係數試算值和實際值PT#4的關係 -------------- 41
圖4-28、Test#13各膨脹係數試算值和實際值PT#1的關係 -------------- 42
圖4-29、Test#13各膨脹係數試算值和實際值PT#0的關係 -------------- 42
圖4-30、Test#13各膨脹係數試算值和實際值PT#2的關係 -------------- 43
圖4-31、Test#13各膨脹係數試算值和實際值PT#4的關係 -------------- 43
圖4-32、Test#14各膨脹係數試算值和實際值PT#1的關係 -------------- 44
圖4-33、Test#14各膨脹係數試算值和實際值PT#0的關係 -------------- 44
圖4-34、Test#14各膨脹係數試算值和實際值PT#2的關係 -------------- 45
圖4-35、Test#14各膨脹係數試算值和實際值PT#4的關係 -------------- 45
圖4-36、Test#8位於PT#1時實際壓力值的膨脹係數 --------------------- 49
圖4-37、Test#8位於PT#0時實際壓力值的膨脹係數 --------------------- 49
圖4-38、Test#8位於PT#2時實際壓力值的膨脹係數 --------------------- 50
圖4-39、Test#8位於PT#4時實際壓力值的膨脹係數 --------------------- 50
圖4-40、Test#9位於PT#1時實際壓力值的膨脹係數 --------------------- 51
圖4-41、Test#9位於PT#0時實際壓力值的膨脹係數 --------------------- 51
圖4-42、Test#9位於PT#2時實際壓力值的膨脹係數 --------------------- 52
圖4-43、Test#9位於PT#4時實際壓力值的膨脹係數 --------------------- 52
圖4-44、Test#10位於PT#1時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 53
圖4-45、Test#10位於PT#0時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 53
圖4-46、Test#10位於PT#2時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 54
圖4-47、Test#10位於PT#4時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 54
圖4-48、Test#12位於PT#1時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 55
圖4-49、Test#12位於PT#0時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 55
圖4-50、Test#12位於PT#2時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 56
圖4-51、Test#12位於PT#4時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 56
圖4-52、Test#13位於PT#1時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 57
圖4-53、Test#13位於PT#0時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 57
圖4-54、Test#13位於PT#2時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 58
圖4-55、Test#13位於PT#4時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 58
圖4-56、Test#14位於PT#1時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 59
圖4-57、Test#14位於PT#0時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 59
圖4-58、Test#14位於PT#2時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 60
圖4-59、Test#14位於PT#4時實際壓力值的膨脹係數 -------------------- 60
圖4-60、實際值的膨脹係數 ----------------------------------------------------- 63
圖4-61、Test#9、#10、#12和#13的實際值膨脹係數 ---------------------- 63
圖5-1、Test#8實際值和膨脹係數的關係 ------------------------------------- 67
圖5-2、Test#9實際值和膨脹係數的關係 ------------------------------------- 67
圖5-3、Test#10實際值和膨脹係數的關係 ----------------------------------- 68
圖5-4、Test#12實際值和膨脹係數的關係 ----------------------------------- 68
圖5-5、Test#13實際值和膨脹係數的關係 ----------------------------------- 69
圖5-6、Test#14實際值和膨脹係數的關係 ----------------------------------- 69
圖5-7、無侷限矽甲烷爆炸時的區域範圍 ------------------------------------ 73

[1]Eugene Y. Ngai, Ron Fuhrhop, Jenq-Renn Chen, Jenny Chao, C. Regis Bauwens,Crystal Mjelde, Gary Miller, Jerry Sameth, John Borzio, Michael Telgenhoff &Bruce Wilson. (2014). CGA G-13 Large-scale silane release test –Part II. Unconfined silane-air explosions. Tenth International Symposium on Hazards, Prevention, and Mitigation of Industrial Explosions.

[2]J. Chao, C.R. Bauwens, S.B. Dorofeev FM Global, Research Division Norwood, MA. (2013). Blast Effects of a Silane Vapour Cloud Explosion. Taipei, Taiwan.

[3]S.B. Dorofeev. (2007). Evaluation of safety distances related to unconfined hydrogen explosions. International Journal of Hydrogen Energy.

[4]Sergey B. Dorofeev. (2006). A Flame Speed Correlation for Unconfined Gaseous Explosions. Wiley InterScience.

[5]Woo Kyung Kim, Toshio Mogi, Ritsu Dobashi. (2013). Flame acceleration in unconfined hydrogen/air deflagrations usinginfrared photography. Journal of loss prevention in the process industries.