Modelowanie przebiegu wybuchów gazu
Detonacja chmury łatwopalnego gazu to błyskawicznie przebiegający, a przy tym niezwykle złożony proces łączący wiele zjawisk chemicznych i fizycznych. Z powodu krótkiego czasu trwania poznanie zachodzących zdarzeń jest tym trudniejsze. Zadania tego podjął się finansowany ze środków UE projekt "Advanced numerical study of flame acceleration and detonation in vapour cloud explosions" (DETONATION). Za cel przyjęto zamodelowanie złożonych procesów przyspieszania płomieni i przekazanie tej wiedzy naukowcom europejskim. Tworzony model miał w szczególności analizować ścieżkę płomieni wokół pojedynczej przeszkody i licznych przeszkód. Badania zorganizowano w ramach programu międzynarodowych stypendiów wyjazdowych (IOF) Marie Curie, stanowiącego część siódmego programu ramowego (7PR). Prace trwały dwa lata i zakończyły się w lipcu 2013 r. osiągnięciem wszystkich zaplanowanych celów. W pierwszej kolejności opracowano technikę modelowania zapłonu i wybuchu wodoru na dużą skalę. Zastosowana metoda łączy chemię reakcji jednoetapowych z analizą parametrów przepływu powietrza. Poza samym spalaniem model uwzględnia również interakcje wybuchającego gazu z przeszkodami na otwartej przestrzeni, wykorzystując do tego celu zmodyfikowany kod OpenFOAM. W toku badania przeprowadzono też symulacje propagacji fali detonacyjnej w różnych warunkach fizycznych, w tym w łukach rurowych i na płaskiej powierzchni częściowo ograniczonej. Model stworzony dla wodoru wykazał dużą zgodność z pomiarami doświadczalnymi. Wykonane prace pozwoliły stworzyć istotne podstawy dla wielkoskalowego modelu chemicznego. Opracowano wersję zmodyfikowaną dla skroplonego gazu ziemnego (LNG), pokazującą wpływ zmian średnicy rur na przemieszczanie się płomieni. Obliczenia dla LNG również były zgodne z wynikami doświadczalnymi. Modele wykorzystane w badaniu uwzględniają pełne mechanizmy reakcji chemicznych dla mieszanek wodoru z powietrzem i propanu z powietrzem. W symulacji uwzględniono ponadto parametry rozpraszania wirów dla jednego paliwa i wielu paliw oraz model podrzędny dotyczący sadzy. Dzięki projektowi DETONATION lepiej poznano zjawiska chemiczne i fizyczne zachodzące podczas eksplozji łatwopalnych gazów. Zrealizowane prace mają znaczenie zarówno akademickie, jak i przemysłowe.
Słowa kluczowe
Wybuch gazu, wodór, gaz ziemny, detonacja, gaz łatwopalny, chemia, fizyka, przyspieszenie płomieni, chmura oparów, zapłon, przepływ powietrza, OpenFOAM, skroplony gaz ziemny
