Nesteiden kuljettumisen, haihtumisen ja palamisen simulointi suurissa onnettomuuksissa

Topi Sikanen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Palavia nesteitä esiintyy usein suurissa määrin teollisuuslaitoksissa ja liikenteessä. Vuodot, astian repeytymät, liikenneonnettomuudet ja terrori-iskut voivat johtaa suuriin palavan nesteen onnettomuuksiin. Tällaisten vaaratilanteiden vaikutusten arviointia tarvitaan ydinvoimaloiden ja muiden kriittisten infrastruktuurien turvallisuusanalyyseissa. Tällaiset onnettomuusskenaariot voivat kuitenkin olla empiiristen mallien pätevyysalueen ulkopuolella. Tämän vuoksi tarvitaan numeeristen simulointimenetelmien kehittämistä ja validointia. Tällä opinnäytetyöllä on kaksi tavoitetta. Ensimmäinen tavoite on kehittää ja validoida vesisuihkureunaehto, jota voidaan käyttää vesisumujärjestelmien simuloinnissa tai nesteiden leviämisen mallintamiseen. Toinen tavoite on ennustaa nestealtaiden palamisnopeudet lähtien fysikaalisista perusteista. Kaasufaasin simuloinnissa käytetään suurten pyörteiden menetelmää (LES) ja pisaroiden simulointiin LE (Lagrangian-Eulerian) -menetelmää. Suihkumalli kehitetään ja validoidaan käyttäen koetuloksia, jotka saadaan korkea-paineisilla vesisumuttimilla ja vedellä täytetyillä missiileillä tehdyistä kokeista. Kokeellisista tuloksista määritetään oikeat pisarakokojakaumat ja lähtönopeudet, joita käytetään simulaatioissa. Malli ennustaa vesisuihkujen rakenteen ja ilman laahautumisen kohtuullisella tarkkuudella. Johtopäätöksenä on, että törmäyksen aiheuttamaa nesteen leviämistä voidaan simuloida käyttämällä samoja suihkumalleja kuin vesisumu-jen suihkujenkin simuloinnissa. Nestemäisen altaan palamisnopeus lasketaan höyrynpaineen ja massansiirtomallin perusteella nestepinnalla. Malli ottaa syvyyssuunnassa huomioon johtumisesta aiheutuvan lämmönsiirron ja lämpösäteilyn absorption nesteessä. Mallia varten kehitetään tehollisia absorptiokertoimia. Konvektio nesteessä pyritään ottamaan huomioon tehollisen lämmönjohtavuuden avulla. Johtopäätöksenä on, että säteilyn aallonpituusriippuvuuden ja nesteen liikkeen huomioiminen voi olla tarpeen palamisnopeuden ajallisen kehityksen ennustamiseksi.Kehitettyjä malleja sovelletaan ydinvoimalaitokseen kohdistuvan lentokonetörmäyksen simulointiin. Ennustetut tulipallon kestoajat ja halkaisijat vastaavat melko hyvin empiirisiä malleja. Merkittävä määrä polttoainetta kertyy törmäyspisteen ympärillä oleville pinnoille.
Julkaisun otsikon käännösNesteiden kuljettumisen, haihtumisen ja palamisen simulointi suurissa onnettomuuksissa
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Hostikka, Simo, Valvoja
  • Hostikka, Simo, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7784-0, 978-951-38-8599-1
Sähköinen ISBN978-952-60-7785-7, 978-951-38-8598-4
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • tulipallo
  • allaspalo
  • suihku
  • lentokonetörmäys

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Nesteiden kuljettumisen, haihtumisen ja palamisen simulointi suurissa onnettomuuksissa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

  • Siteeraa tätä