Kvantifikace, šíření a rozložení hořlavé plynovzdušné směsi při výbuchu

SP2014/179

Tulach Aleš Ing.

prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.

01. 01. 2014 - 31. 12. 2014

Předmětem projektu je zkoumání chování plynovzdušné směsi při výbuchu. Řešení projektu je možno rozdělit do dvou základních etap. První etapa výzkumu se bude zabývat experimentálním zjišťováním šíření hořlavého plynu uzavřeným prostorem po úniku z potrubního systému. Druhou plánovananou etapou výzkumu bude experimentální zjišťování parametrů výbuchu plynovzdušné směsi pro modelování tohoto děje. Měření budou sloužit k získávání základních parametrů, jak rychlosti úniku, šíření a rozložení hořlavé směsi v prostoru, tak i veškerých výbuchových charakteristik. Výsledkem měření budou zjištěné rychlosti a směry šíření hořlavého plynu složitým prostorem, zjištěné velikosti vzniklých výbušných koncentrací, a v druhé etapě maximální výbuchové tlaky, maximální rychlosti nárůstu výbuchových tlaků a teplot výbuchu. Měřením získáné údaje budou sloužit nejen jako vstupní data, ale také pro verifikaci při tvorbě CFD numerických modelů těchto rychlých dějů. Vyladěné numerické modely pak mohou sloužit ke zjišťování následků v případě reálných výbuchů v praxi.

Ing. Miroslav Mynarz, Ph.D.
prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.
Ing. Aleš Tulach
Ing. Libor Plch
Bc. Lukáš Kičmer
prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.

Cíl projektu:
Cílem tohoto projektu je provést měření a vyhodnocení parametrů úniku a následného výbuchu plynovzdušné směsi na fyzikálních modelech. Specifičnost těchto modelů spočívá v jejich úzké vazbě na skutečné případy výbuchu metanovzdušné směsi v objektech. V rámci experimentů budou zjišťovány rychlosti a směry šíření hořlavého plynu, velikosti a distribuce vzniklých výbušných koncentrací, výbuchové parametry a charakteristiky směsi zemního plynu se vzduchem, které je pak možno použít při ověřovaní empirických vztahů, a zároveň budou sloužit jako vstupní data pro numerické modely v programech ANSYS Fluent nebo FLACS.

Ke splnění zadaného cíle povedou následující dílčí kroky:
1. Sestavení měřicí soupravy (prostory, ve kterých dochází k úniku hořlavého plynu + detektory umístěné ve stěnách ohraničujících dané prostory).
2. Měření způsobu šíření unikajícího plynu (rychlosti a směry šíření hořlavého plynu).
3. Provádění experimentů, ve výbuchové komoře VVK 250, se zaměřením na výbuchy směsí plynů při různých výbušných koncentracích a měření maximálních výbuchových parametrů.
4. Zpracování, vyhodnocení a porovnání naměřených hodnot.
5. Definování numerických modelů za použití výše zmíněných softwarů, které budou sloužit k verifikaci s empirickými vztahy.

Výsledky experimentů bude možné rovněž využít v rámci výuky, popřípadě mohou sloužit pro prostý odhad škod způsobených únikem plynu a následným výbuchem. Tato měření mohou významně zvýšit odborný potenciál týmu v rámci výuky, vědy a výzkumu a v neposlední řadě i při spolupráci s odborníky zabývajícími se požární bezpečností nebo zjišťováním příčin požáru. Experimenty v této oblasti také mohou napomoci v dalším rozvoji oboru protivýbuchové ochrany objektů a technologických zařízení.

Předpokládané výstupy:
Výsledkem studentského grantu budou experimentálně získané parametry šíření hořlavých plynů a výbuchů, které budou využity k přípravě matematických modelů (pro definování okrajových podmínek). Tímto bude umožněno, na základě zjištěných způsobů šíření hořlavých plynů, vypočtených výbušných koncentrací a získaných charakteristik ventilovaných výbuchů, provádět hodnověrné počítačové simulace těchto rychlých dějů v programech ANSYS FLUENT, FLACS, nebo SCIA a následně tak studovat chování stavebních konstrukcí v mimořádných podmínkách při zatížení účinkem tlakových vln.
Výsledky získané při řešení projektu budou publikovány na odborných domácích i mezinárodních konferencích a seminářích, případně v odborných recenzovaných publikacích. Významným měřitelným výstupem bude článek odeslaný příslušné redakci konference, která je zařazena v databázi SCOPUS (EFM 2014).
Dále bude vytvořen funkční vzor (model a metodika měření a vyhodnocování šířících se koncentrací), pomocí kterého bude možné zkoumat vlastnosti různých plynů.