Was geschieht bei einer Gasexplosion?
Die Detonation einer Wolke aus brennbarem Gas ist sehr schnell, aber auch eine äußerst komplexe Mischung aus Chemie und Physik. Aufgrund der Schnelligkeit ist es besonders schwierig zu bestimmen, was genau passiert. Zu dieser Aufgabe gehörte das von der EU geförderte Projekt DETONATION (Advanced numerical study of flame acceleration and detonation in vapour cloud explosions). Das Projekt modellierte die komplexen Prozesse bei der Flammenbeschleunigung und versuchte dieses Wissen nach Europa zu übertragen. Insbesondere konzentrierte sich das Modell auf den Weg der Flamme rund um einzelne und mehrere Hindernisse. Die Studie fiel unter das Unterprogramm Marie-Curie-Internationale Incoming Fellowships (IIF) des Siebten Rahmenprogramms (RP7) und lief über zwei Jahre bis Juli 2013 und erreichte alle geplanten Ziele. Zuerst entwickelte die Studie eine Technik für die Modellierung der großflächigen Wasserstoffverbrennung und -explosion. Das Verfahren kombiniert einstufige Chemie- und Luftströmungsparameter. Zusätzlich zur Verbrennung integrierte das Modell die explodierende Gasinteraktion mit Hindernissen im offenen Raum mithilfe eines modifizierten OpenFOAM-Codes. Die Studie simulierte auch die Ausbreitung einer Detonationswelle unter verschiedenen physikalischen Gegebenheiten, einschließlich U-Biegungen und einer flachen halbbegrenzten Schicht. Das für Wasserstoff entwickelte Modell wies gute Übereinstimmung mit Testmessungen auf. Die Schritte legten wichtige Grundlagen für die Entwicklung eines großen Chemie-Modells. Für Flüssiggas (liquefied natural gas, LNG) wurde eine modifizierte Version entwickelt, die verdeutlicht, wie Änderungen des Rohrdurchmessers die Flammenbewegung beeinflussen. Die LNG-Berechnungen stimmten auch mit den Tests überein. Die Wissenschaftler entwickelten auch neue Lösungsmittel für die Flammenbeschleunigung und den Übergang von der Deflagration zur Detonation. Simulationen zeigten gute Übereinstimmung mit Testmessungen, und die Lösungsmittel wurden in China implementiert, um Explosionsgefahren von industriellen Chemikalien zu bewerten. Als Ergebnis des DETONATION-Projektes werden die chemischen und physikalischen Wirkungen von Explosionen in brennbaren Gasen umfassender verstanden. Die Arbeit hat sowohl akademische als auch industrielle Anwendungen.
Schlüsselbegriffe
Gasexplosion, Wasserstoff, Erdgas, Detonation, Flammenbeschleunigung
