CFD Tankputbrand; Toelichting CFD en validatie

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "CFD Tankputbrand; Toelichting CFD en validatie"

Nora Visser
7 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 CFD Tankputbrand; Toelichting CFD en validatie Ed Komen - NRG Rene Sloof Antea Group Symposium Warmtecontouren Rozenburg, 3 april 2014

2 2

3 Inhoud Wat is CFD? / Hoe werkt CFD? NRG s CFD Services Team Samenwerking Save - NRG Validatie van CFD modellering Brand Gas explosies Verspreiding brandbare / toxische gassen Toepassingen 3

4 Hoe werkt CFD? Voorbeeld: zog Gebruik van rekencellen Elke rekencel: berekening snelheid m.b.v. universele behoudswetten Principe eenvoudig, echter.

5 Hoe werkt CFD? Kleine details in zog hele kleine rekencellen In de praktijk grotere rekencellen noodzakelijk Effect turbulentie sub-cel met turbulentie-model Effect verbranding sub-cel met verbrandingsmodel

6 6

7 CFD: Computational Fluid Dynamics 3 stappen Pre-processing computermodel Scenario s Geometrisch model Vloeistoffen / gassen / materialen Keuze sub-modellen Processing / solving Post-processing Visualisatie / interpretatie rekenresultaten Advies Rapportage 7

8 CFD: wat is nodig? CFD Ingenieur / expert Goede kennis fysische transportverschijnselen Goede kennis CFD technologie Ervaring in CFD en interpretatie van resultaten Fire room gas Temperature at different height - FDS (FR_TG) Vs. Experiment 550 Gevalideerde CFD modellen Temp (K) 400 FR_TG_NW_055 Exp_NW_055 FR_TG_NW_105 Exp_NW_105 FR_TG_NW_305 Exp_NW_ CFD software Time (sec) Computers 8

9 NRG s CFD Services Team ~10 ervaren CFD specialisten Internationaal ~3 master studenten USP s van het CFD Services Team Kennisbasis gevalideerde CFD modellen High performance computer cluster met 1000 cores Mogelijkheid van complementaire experimenten

10 Samenwerking Save - NRG Aandeel Save Leveren Uitgangspunten t.b.v. simulatie Stoffen Scenario's Omgeving van het scenario Vertalen van de resultaten naar concrete adviezen Aandeel NRG Validatie van de uitgangspunten CFD uitvoering door specialisten Validatie van de resultaten Hardware 10

11 Validatie: Brand PRISME project IRSN (Fr.)

12 Validatie: Brand CFD validatie voor brand Temp (K) Fire room gas Temperature at different height - FDS (FR_TG) Vs. Experiment FR_TG_NW_055 Exp_NW_055 FR_TG_NW_105 Exp_NW_105 FR_TG_NW_305 Exp_NW_305 Fire room oxygen concentration - FDS (FR_O2) vs. Experiment at the upper layer FR_O2_SE_ FR_O2_Experimental-Upper Vol % Time (sec) Time (s)

13 Validatie: Brand CFD validatie voor brand Plasbrand, 8 m diameter, diesel Validatie van de berekende stralingscontouren

14 Validatie: Gas explosies CFD validatie voor gas explosies ignition ENACCEF Faciliteit Vlamfront voortplanting 14

15 15 Validatie: Gas explosies Adiabatische wanden Kleine tijdsverschuiving als gevolg versimpeld model voor ontsteking Piek druk en druk stijging worden goed voorspelt

16 16 Validatie: Gas explosies simulaties reproduceren: 1ste en 2de Eigen-frequentie van de drukgolven Amplitudes van de drukgolven

17 17 Ondergrondse gas explosie Gangen gevuld met heptaan lucht gasmengsel Doel: bepaling van de effecten aan de oppervlakte bij en explosie in een gang surface surface ignition

18 18 Ondergrondse gas explosie Voortplanting drukgolf in de gang ignition CFD analyses tonen aan: Druk golf is niet sterk genoeg om de oppervlakte te bereiken Geen verbrande / onverbrande gassen komen naar buiten

19 19 Brand Tankput Brand in tankpunt als gevolg van lekkage van één van de tanks Doel: bepaling stralinscontouren Ten behoeve van aanvalsplan brandweer

20 Dank voor uw aandacht. Heeft u vragen of opmerkingen?

21 Tankputbrand simulatie Case BTT

22 Modellering met Phast (Safeti-NL) Het tankputbrand scenario is gemodelleerd met een zuid westen windrichting en een weerklasse D5. Diameterplas meter 10 kw/m2 ligt op 104 meter 3 kw/m2 ligt op 211 meter Door cirkelvormige benadering is de contour overschat voor de tanks in het midden en onderschat voor tanks aan de buitenzijde

23 Uitgangspunten Model Het model bestaat uit ruim 6 miljoen rekencellen. Domein Voor brandsimulaties in open terrein moet het domein groot zijn: het domein is 1.5 km bij 1.5 km en 600 m hoog. Rekencellen In elk van de rekencellen worden de Navier-Stokes transportvergelijkingen opgelost voor snelheid in drie richtingen, temperatuur, turbulentie, gascomponenten (brandstof, waterdamp, kooldioxide, roet, zuurstof en stikstof), en straling. Omvang rekenwerk Dit betekent dat in elk van de 6 miljoen rekencellen de waarden bekend zijn van de genoemde variabelen.

24 Uitgangspunten Windmodel Aan één kant van het domein blaast wind met een atmosferisch grenslaag profiel. Dit houdt in dat de snelheid toeneemt als functie van de hoogte. Op 10 meter hoog is de windsnelheid 5 m/s. Brandstof In de tankput wordt 0,092 kg/m2/s brandstof toegevoerd. De verbranding daarvan wordt berekend door Fluent. Warmtestraling Bij de verbranding komt warmte vrij en de brandstof wordt verbrand tot waterdamp, kooldioxide en roet. Door de hoge temperatuur stralen deze componenten warmte naar de omgeving.

25 Resultaten Schaduw effecten opslagtanks, 1 kw/m 2 contour

26 Resultaten 3 kw/m2 contour. Belangrijk bij de beoordeling van de inzetstrategie van de brandweer. Vanuit het blauwe gebied (< 3kW/m2) is de tankput benaderbaar.

27 Resultaten 4 kw/m2 contour. De warmteflux op de naastliggende tankput is circa 1 tot 2 kw/m2.

28 Resultaten 10 kw/m 2 contour. Een duidelijk verschil met Phast.

29 Resultaten Onverbrande brandstof. Tussen de tanks ontstaat een tekort aan zuurstof door de kleine ruimte. Het product verbrandt pas op een grotere afstand.

30 Resultaten 800K K K temperatuur profiel

31 Resultaten Bewegende beelden Route rookpluim

32 Resultaten Verticale doorsnede van het CO2-profiel. Zo is af te leiden waar de daadwerkelijke verbranding plaatsvindt. Vergelijkbaar met verticale temperatuurprofiel.

33 Resultaten Verticale doorsnede van het temperatuurprofiel. Daar waar de meeste verbranding plaatsvindt, is de hoogste temperatuur terug te vinden.

34 Resultaten Bewegende beelden Vlammen gevisualiseerd samen met rook

35 Bedankt voor uw aandacht Vragen?

Vergelijkbare documenten

Warmtecontouren - conventionele modellen gebruik van contouren -

Warmtecontouren - conventionele modellen - + - gebruik van contouren - d.d. 3 april 2014 Roel Steenbergen Rene Sloof Waar hebben wij het over Warmtecontouren bij brand Conventionele modellen Wat zijn de