Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Numerical simulation of deflagration to detonation transition in hydrocarbon-air mixtures

Krzysztof Andrzej Kunca

Abstract

The aim of this thesis was to perform numerical simulations of combustion in hydrocarbon-air mixtures, or more precisely deflagration to detonation transition (DDT) in closed channel with obstacles. Simulations were carried out with the ddtFoam solver, which is a part of OpenFOAM package. Obtained results were compared to experimental results in order to evaluate the quality and the possibilities of the solver. The thesis consists of six main parts. In the first one, the introduction, detonation is shortly described together with description of the possible effects and consequences of uncontrolled deflagration to detonation transition. Moreover the description of the accidents with reported DDT is provided which additionally justifies the need to develop the DDT numerical tools. The second chapter describes the process of deflagration to detonation transition and mentions individual phenomena included in the process. Then the possibilities and difficulties of DDT modelling are listed and described. The next chapter describes the model of DDT used in the ddtFoam solver together with the transport equations of progress variable, flame wrinkling factor and laminar flame speed equation descriptions. Moreover the characteristic feature of ddtFoam the subgrid model is also described in details. The forth chapter includes the experimental data, which was used to validate the simulation results. The experiments were carried out by P. Dądela in Institute of Heat Engineering of Warsaw University of Technology. Then the simulation set up (boundary and initial conditions) are described together with the main results. The data obtained from simulation were compared to experimental ones. The simulated mixtures were methane-air, ethane-air and propane-air. There were three different geometric cases for each mixture. The cases differed with the spacing between obstacles. Each obstacle had blockage ratio of 0.5. Finally, the results were evaluated. The conclusions were drawn and the possibilities of the code improvement were listed. The comments on the character of obtained data and proposed the way of further development of ddtFoam were also described.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Krzysztof Andrzej Kunca (FPAE) Krzysztof Andrzej Kunca,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Symulacje numeryczne przejścia z deflagracji do detonacji dla mieszanin węglowodorowo-powietrznych
Supervisor
Wojciech Rudy (FPAE/IHE) Wojciech Rudy,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)
Study subject / specialization
, Energetyka (Power Engineering)
Language
(en) English
Status
Finished
Defense Date
28-03-2019
Issue date (year)
2019
Pages
43
Internal identifier
MEL; PD-5073
Reviewers
Wojciech Rudy (FPAE/IHE) Wojciech Rudy,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Andrzej Teodorczyk (FPAE/IHE) Andrzej Teodorczyk,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
ddtFoam, DDT, deflagracja, detonacja, symulacja, węglowodory, OpenFOAM, metan, etan, propan
Keywords in English
ddtFoam, DDT, deflagration, detonation, simulation, hydrocarbons, OpenFOAM, methane, ethane, propane
Abstract in Polish
Celem tej pracy inżynierskiej było przeprowadzenie symulacji numerycznych spalania mieszanin węglowodorowo-powietrznych, a dokładnie procesu przejścia z deflagracji do detonacji (DDT) w zamkniętym kanale z przeszkodami. Symulacje zostały przeprowadzone za pomocą solvera ddtFoam, który jest częścią pakietu OpenFOAM. Otrzymane wyniki zostały porównane z danymi eksperymentalnymi w celu ocenienia jakości i możliwości solvera. We wstępie nakreślono czym jest detonacja oraz podano jakie może mieć skutki niekontrolowane zjawisko przejścia z deflagracji do detonacji. Wspomniano również o zaistniałych wypadkach z udziałem tego zjawiska oraz zwięźle wyjaśniono, dlaczego warto rozwijać narzędzia do symulacji numerycznych zjawiska DDT. Drugi rozdział stanowi opisuje sam proces przejścia z deflagracji do detonacji, wymieniając przy tym poszczególne zjawiska, które zawierają się w tym procesie; od laminarnego spalania do fali detonacyjnej. Następnie omówiono możliwości w modelowaniu DDT oraz trudności, jakie występują przy próbie opisu zjawiska. Kolejny rozdział to opis modelu DDT, jaki jest użyty w solverze ddtFoam. Przedstawiono między innymi równania transportu na zmienną postępu reakcji oraz na współczynnik zawirowania płomienia. Opisano również model podsiatkowy, który jest cechą charakterystyczną dla ddtFoam i służy do poprawnego i ekonomicznego opisu zjawiska DDT. Podano użyte wzory na laminarną prędkość spalania dla poszczególnych paliw oraz przedstawiono modyfikacje w kodzie solvera. Czwarty rozdział zawiera dane eksperymentalne, do których odniesione zostały wyniki symulacji. Eksperymenty zostały przeprowadzone przez inż. P. Dądelę w Instytucie Techniki Cieplej. Następny rozdział przedstawia wyniki symulacji oraz konfigurację symulacji numerycznej, tzn. warunki brzegowe i początkowe. Wyniki przedstawione zostały od razu na tle eksperymentu. Zasymulowano mieszaniny metan-powietrze, etan-powietrze oraz propan powietrze. Każdą z mieszanin została zbadana w trzech przypadkach geometrycznych, tzn. dla różnych odległości pomiędzy przeszkodami. Każda z przeszkód charakteryzowała się przykryciem kanału 0,5. Na koniec oceniono otrzymane wyniki. Wyciągnięto wnioski oraz stwierdzono, jakie są możliwości poprawy kodu solvera. Skomentowano charakter otrzymanych danych oraz zaproponowano drogę dalszego rozwoju ddtFoam’a.
File
  • File: 1
    Bachelor_Thesis_KKunca.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 32658

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTac420a234bc94aa39d7faa96e96335e7/
URN
urn:pw-repo:WUTac420a234bc94aa39d7faa96e96335e7

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page