Výbuch zemního plynu a formování jeho kritických koncentrací v ohraničeném prostoru

SP2015/145

Tulach Aleš Ing.

prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.

01. 01. 2015 - 31. 12. 2015

Předmětem projektu bude zmapování šíření hořlavého plynu (zemní plyn) v uzavřeném členitém prostoru s návazností na potenciální výbuch. Řešený projekt bude rozdělen do dvou fází výzkumu. První fáze se bude zabývat experimentálním a následně výpočtovým zjišťováním šíření zemního plynu uzavřeným prostorem po úniku z potrubního systému. Druhou plánovanou fází výzkumu bude experimentální zjišťování vybraných parametrů výbuchu směsi zemního plynu se vzduchem s následným sestavením numerického modelu. Pro obě experimentální fáze budou průběžně sestavovány numerické modely. Experimentální část projektu bude sloužit k získávání základních parametrů sledovaných dějů, jak rychlosti úniku, šíření a rozložení hořlavé směsi v prostoru, tak i vybraných výbuchových parametrů. Měřením získané údaje budou sloužit jako vstupní data pro sestavované CFD numerické modely a pro jejich verifikaci. Vyladěné a ověřené numerické modely pak mohou sloužit ke zjišťování následků v případě reálných výbuchů v praxi. Projekt bude plynule a systematicky navazovat na problematiku, která byla řešena v předchozím projektu SGS (SP2014/179). V rámci rozšiřujících a doplňujících měření budou testovány nové inovativní měřící zařízení, které umožní detailnější popis sledovaných dějů. Tímto kvalitativním posunem v experimentální části řešení projektu bude možné lépe verifikovat věrohodnost provedených numerických simulací.

Ing. Miroslav Mynarz, Ph.D.
prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.
Ing. Jan Ondruch
Bc. Viktor Olbrich
Bc. Matej Patyk
Ing. Aleš Tulach
prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.

Cílem tohoto projektu je rozvinout a zdokonalit stávající matematické modely, které byly sestavené v rámci řešení předešlého projektu Studentské grantové soutěže. Jedná se o model šíření uniklého zemního plynu v ohraničených prostorech (objektech atd.) a model výbuchu zemního plynu v ohraničených respektive částečně ohraničených prostorech. V rámci řešení projektu budou rovněž provedeny doplňující (detailnější) měření, které budou sloužit k upřesnění a doladění numerických simulací.
Specifičnost těchto modelů spočívá v jejich úzké vazbě na skutečné případy výbuchu zemního plynu v objektech. V rámci experimentů budou zjišťovány rychlosti a směry šíření hořlavého plynu, velikosti a distribuce vzniklých výbušných koncentrací, výbuchové parametry směsi zemního plynu se vzduchem, které je pak možno následně použít při ověřovaní empirických vztahů, a zároveň budou sloužit jako vstupní data pro numerické simulace v programu ANSYS Fluent.

Ke splnění zadaného cíle povedou následující dílčí kroky:
1) Zpracovávání a zdokonalování fyzikálních a matematických modelů v software ANSYS.
2) Doplňující měření na výbuchové komoře VVK 250. Měření budou zaměřeny na zjišťování parametrů iniciace metano-vzdušné směsi, kdy primárně bude zjišťován její vliv na samotný průběh výbuchu.
3) Doplňující měření úniku zemního plynu v uzavřených prostorách na sestaveném fyzikálním modelu. Měřením budou zjišťovány vymezené místní koncentrace, parametry šíření směsi atd.
4) Průběžná verifikace sestavených numerických modelů s experimentálně získanými daty.
5) zhodnocení dat z předešlých etap a vyhodnocení aplikovatelnosti jednotlivých turbulentních modelů použitých v numerických simulacích.

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 bude propojení experimentálně získaných parametrů šíření plynů a výbuchů s hodnotami získanými z numerických simulací a aplikace takto vyladěných modelů na skutečné konstrukce staveb. Sestavené matematické modely bude možné použít ve spolupráci s Policií ČR nebo HZS při objasňování mimořádných událostí, které nastaly v důsledku úniku plynu a jeho následného výbuchu.
Předpokládá se publikování získaných výsledků projektu na odborných domácích i zahraničních konferencích a seminářích (např. Požární ochrana 2015, …), případně v odborných recenzovaných publikacích (SPEKTRUM, ...). Významným měřitelným výstupem bude článek odeslaný příslušné redakci konference, která je zařazena v databázi SCOPUS (např. EFM 2015).