Andrzej Polanczyk, Zdzislaw Salamonowicz, Malgorzata Majder-Lopatka, Anna Dmochowska, Wojciech Jarosz, Rafał Matuszkiewicz, Radosław Makowski
The Main School of Fire Service
Streszczenie
Predykcja dyspersji substancji niebezpiecznych z przypadkowych wycieków jest niezbędna w analizie ryzyka. W tym celu do opisu procesu dyspersji stosowane są różne numeryczne narzędzia. Rozwój matematycznych algorytmów umożliwia stosowanie m.in. techniki CFD na szeroką skalę. Tym samym celem niniejszej pracy było opracowanie dwuwymiarowego i trójwymiarowego modelu opisującego zjawisko dyspersji chloru z naziemnego źródła. Dla dwuwymiarowego podejścia zastosowano model Degadisa. Natomiast dla trójwymiarowego podejścia wielofazowy model VOF. Dla obu przypadków powierzchnia analizowanego obszaru wynosiła 0.1 km2. Co więcej, dla trójwymiarowego podejścia wysokość analizowanej domeny obliczeniowej wynosiła 50 m. W celu rekonstrukcji parametrów atmosferycznych uwzględniono klasy stabilności Pasquilla oraz wpływ wiatru. Dwuwymiarowy model umożliwiał analizę procesu dyspersji w płaszczyźnie poziomej, podczas gdy model trójwymiarowy umożliwiał analizę zarówno w płaszczyźnie poziomej jak i pionowej. Analiza obu modeli wskazuje, iż wzrost intensywności wiatru wydłuża zasięg chmury chloru, z jednoczesnym spadkiem jego stężenia. Co więcej, w przypadku nieuwzględnienia przepływu wiatru obserwowano kołowy profil stężenia chloru dookoła źródła dyspersji. Natomiast przepływający wiatr powodował zmniejszenie koncentracji chloru wraz z wysokością. Również zaobserwowano, iż uwzględnienie klas stabilności Pasquilla miało porównywalny efekt w przypadku podejścia dwuwymiarowego i trójwymiarowego. Uwzględnienie wiatru powodowało przemieszczenie maksymalnej wartości stężenia chloru znad źródła dyspersji. Co więcej, analiza stężenia chloru w funkcji wysokości wskazuje na zmniejszenie zawartości chloru w górnej części domeny matematycznej.
Słowa kluczowe
dyspersja chloru, CFD, model dyspersji gazu ciężkiego, przepływ turbulentny, model awaryjnej odpowiedzi
3D Simulation of Chlorine Dispersion in Rrural Area
Abstract
Prediction of hazardous substances dispersion resulting from accidental leakage in environment is essential for risk analysis and emergency response. Different numerical tools are applied for description of dispersion process. Development of numerical algorithms has enabled the computational fluid dynamics (CFD) models to be used extensively in indoor dispersion studies. Numerical methods based on computational fluid dynamics (CFD) may facilitate the precise investigation of the hazardous substances dispersion. Therefore, the aim of the study was to prepare a transient CFD model describing the phenomena of chlorine dispersion in a dynamic setup including different environmental factors. Reliable computational description of dispersion process still represents one of the most challenging applications. Therefore, we aimed to prepare a transient 2D and 3D numerical models of chlorine dispersion from a ground source in a dynamic setup. For 2D simulation a Degadis model was used, while for 3D approach a multiphase Volume of Fluid model (VOF) was applied. For both analyzed cases area of investigation was equal to 0.1 km2. Furthermore, for 3D simulations height was equal to 50 m. For the reconstruction of atmospheric conditions Pasquill stability classes and one-direction wind were applied. Analysis of chlorine concentration in function of wind intensity indicated extension of chlorine cloud with decrease of concentration. Moreover, comparison of constant and dynamic setup indicated high impact of wind. In case of windless conditions circular profile of chlorine concentration around dispersion source was noticed. Wind directed the chloride cloud which dispersed accordingly to the wind direction. As expected chloride concentration decreased with altitude. 2D model allowed prediction of polluted cloud in horizontal direction, while 3D model allowed description of horizontal and vertical distribution of chlorine. It was observed that with increase of Pasquill stability class the area of chlorine dispersion had similar character for horizontal model as well as for horizontal and vertical model (3D). For the windless case circular profile of chlorine concentration around dispersion source was observed. Additionally, for the wind application the main chlorine concentration moved ahead the source of dispersion. Analysis of chlorine concentration in function of height resulted in decrease of chlorine appearance in upper level of mathematical domain.
Keywords
chlorine dispersion, CFD, dense gas dispersion models, turbulent flow, emergency response model
Pełny tekst / Full text
PDF (English)
