Investigation of the selected parameters' impact on the accuracy of a gas explosion simulation carried out with the Fluent CFD software

Łukasz Grudzień

Abstract

During last quarter of century a dynamical and unexpected development occurred in the IT field. The corporations like Apple or IBM, which actively promoted their new products, turned the computer into a product easily accessible to a common user. Fulfilling a wide variety of tasks, computers (particularly those of the IBM PC standard) brought about a true revolution in all aspects of life, significantly simplifying solution of many problems. Such a dynamic development of information technologies was to particular advantage of engineers. With introduction of computer-aided techniques the work in the designing bureaus and R&D centres became much faster and more effective. Nowadays the typically engineering software tools (like Fluent CFD) are also employed by physicians and sport coaches. Those tools can also be used for modelling explosions – learning more about those processes is particularly important, not only for the sake of science, but primarily for the safety of common people. Each of us is threatened by consequences of a possible natural gas or gasoline fumes explosion. Therefore it seems crucial to fully understand the laws ruling the process of an explosion – and this is enabled by the modern computer techniques. This thesis was intended to provide an answer to the question whether the Fluent CFD software can be used by the scientific and research centres for the numerical simulation of explosions inside constant-volume chambers. The evaluation of the programme was carried out with a direct analysis of results obtained by a computer simulation and comparing them to the experimental results from laboratory testing. Impact of following parameters was investigated: - turbulence models (k-epsilon, k-omega, Reynolds stress), - chemical reaction models (standard Fluent model compared to the CHEMKIN reaction database), - diffusion model (Thermal Diffusion, Inlet Diffusion, Diffusion Energy Source, Full Multicomponent Diffusion), - gravitational potential influence, - number of finite volumes in the grid used for computer simulation, - concentration of the volatile mixture. Obtained results were compared to the empirical results from laboratory testing. The simulations carried out allow to determine, that enabling thermal diffusion, number of finite volumes in the grid, volatile mixture concentration and chemical reactions model used have significant impact on the course of the Fluent explosion simulation. Moreover it was 81 determined, that the Fluent CFD software should not be used by the research centres as a tool for modelling an explosion in a constant-volume chamber due to too low accuracy of obtained results.
Diploma typeEngineer's / Bachelor of Science
Diploma typeEngineer's thesis
Author Łukasz Grudzień (FPAE)
Łukasz Grudzień,,
- Faculty of Power and Aeronautical Engineering
Title in PolishBadanie wpływu wybranych parametrów na dokładność procesu symulacji wybuchu gazowego za pomocą kodu Fluent
Supervisor Marian Gieras (FPAE / IHE)
Marian Gieras,,
- The Institute of Heat Engineering

Certifying unitFaculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unitThe Institute of Heat Engineering (FPAE / IHE)
Study subject / specialization, Lotnictwo i Kosmonautyka
Languagepl polski
StatusFinished
Defense Date06-06-2008
Issue date (year)2008
Pages85
Internal identifierMEL; PD-636
Reviewers Rudolf Klemens (FPAE / IHE)
Rudolf Klemens,,
- The Institute of Heat Engineering
, Marian Gieras (FPAE / IHE)
Marian Gieras,,
- The Institute of Heat Engineering
Keywords in Polishmetody numeryczne, wybuchy, symulacja
Keywords in Englishxxx
Abstract in PolishW przeciagu ostatniego kwartału ubiegłego wieku, dokonał sie dynamiczny i niespodziewany rozwój bran�y informatycznej. Za sprawa korporacji aktywnie promujacych swe nowe produkty (takich jak Apple, czy IBM), komputery stały sie produktem szeroko dostepnym dla zwykłych u�ytkowników. Spełniajac najrozmaitsze funkcje, komputery (szczególnie standardu IBM PC) spowodowały prawdziwa rewolucje we wszystkich dziedzinach �ycia, znacznie upraszczajac rozwiazania wielu problemów. Najwieksza korzysc z tak dynamicznego rozwoju bran�y IT, odniesli in�ynierowie. Z chwila szerokiego wprowadzenia technik komputerowych, praca w biurach konstrukcyjnych i zespołach badawczych stała sie znacznie szybsza i efektywniejsza. Z chwila obecna po narzedzia typowo in�ynierskie (np. takie jak Fluent), siegaja lekarze czy trenerzy sportowi. Podobnie jest z modelowaniem procesu wybuchów, którego poznanie jest niezwykle istotne nie tylko ze wzgledów naukowych ale przede wszystkim z uwagi na bezpieczenstwo zwykłego człowieka. Ka�dy z nas jest bezposrednio nara�ony na konsekwencje wybuchu gazu ziemnego, czy oparów benzyny. Dlatego te� niezwykle istotnym wydaje sie pełne zrozumienie praw determinujacych wybuch, co umo�liwiaja współczesne metody komputerowe. W niniejszej pracy odpowiedziano na pytanie czy program Fluent mo�e byc wykorzystywany przez osrodki naukowe oraz podmioty badawcze do badan numerycznych nad zagadnieniami wybuchów, zachodzacych w komorach wybuchowych o stałej objetosci. Oceny programu dokonano na podstawie bezposredniej analizy wyników otrzymanych na drodze symulacji numerycznej, w odniesieniu do wyników uzyskanych w laboratorium. Zbadano wpływ nastepujacych parametrów na uzyskiwane wyniki: - modeli turbulencji (k-epsilon, k-omega, zredukowanych napre�en Reynoldsa), - u�ywanych modeli reakcji chemicznych (porównano standardowy model dostepny w programie z baza danych reakcji CHEMKIN), - u�ytego modelu dyfuzji (Thermal Diffusion, Inlet Diffusion, Diffusion Energy Source, Full Multicomponent Diffusion), - oddziaływania pola grawitacyjnego, - liczby objetosci skonczonych w siatce przeznaczonej do eksperymentów numerycznych, - ste�enia mieszaniny palnej. Otrzymane wyniki odniesiono do wyników uzyskanych droga empiryczna w laboratorium 79 Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów numerycznych, stwierdzono, i� istotny wpływ na przebieg procesu wybuchu, modelowanego przy u�yciu kodu Fluent ma: uwzglednienie dyfuzji termicznej, liczba objetosci skonczonych w siatce, ste�enie badanej mieszaniny palnej oraz u�yty model reakcji chemicznych. Ponadto stwierdzono, i� program Fluent nie mo�e byc wykorzystywany przez instytuty badawcze jako narzedzie słu�ace do modelowania zjawiska wybuchu w komorze o stałej objetosci, ze wzgledu na zbyt niska dokładnosc uzyskanych wyników.
File
praca dyplomowa inżynierska Łukasz Grudzień.pdf 2.47 MB

Get link to the record

Back
Confirmation
Are you sure?