Modelowanie przebiegu wybuchu 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 zjawiska poznanie zachodzących zdarzeń jest szczególnie trudne. W celu przeprowadzenia takich badań utworzono projekt unijny DETONATION (Advanced numerical study of flame acceleration and detonation in vapour cloud explosions). Za cel przyjęto zamodelowanie złożonych procesów przyspieszania płomieni i przekazanie tej wiedzy naukowcom europejskim. Tworzony model miał w szczególności analizować ścieżkę płomieni zarówno wokół pojedynczej przeszkody, jak 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 przygotować bazę do opracowania wielkoskalowego modelu chemicznego. Dla skroplonego gazu ziemnego (LNG) opracowano wersję zmodyfikowaną, pokazującą wpływ zmian średnicy rur na przemieszczanie się płomieni. Obliczenia dla LNG również były zgodne z wynikami doświadczalnymi. Naukowcy opracowali również nowe solvery do określania przyspieszenia płomieni oraz momentu przejścia deflagracji w detonację. Symulacje wykazały dużą zgodność z pomiarami doświadczalnymi, a solvery zostały zastosowane w Chinach w celu oszacowania zagrożenia wybuchem chemikaliów przemysłowych. 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, przyspieszenie płomieni
