Development of a numerical tool using an open source code for creating a safer working environment for the Swedish industries regarding dust explosions : Part report (from 2019-02-01 until 2020-01-31)

• Dammexplosioner är ett konstant hot mot de svenska industrier som hanterar material eller utför processer som skapar brännbart damm, såsom pelletstillverkare, livsmedelsindustri, metallindustri m.m. Det aktuella projektet syftar till att (i) utveckla välvaliderade numeriska modeller som kan ta hänsyn till de viktigaste förbränningsfenomenen, (ii) utveckla ett numeriskt verktyg baserat på en öppen källkod, och (iii) beräkna verkliga dammexplosionsscenarier i samråd med representanter för berörda industrier. Projektresultatet kan fylla kunskapsluckorna när det gäller förståelse för dammexplosioner, att uppskatta konsekvenser av dammexplosioner, ge rekommendationer för bättre konstruktion av byggnader och relevanta säkerhetssystem, och därmed ge personalen en säkrare arbetsmiljö. Under det första året, har den öppna källkodsplattformen OpenFOAM installerats och testats. Den så kallade FSC (Flame Speed Closure) modellen för förblandade turbulenta flammor implementerades i OpenFOAM. Implementeringen av FSC-modellen har verifierats mot analytiska lösningar för 1-D plana och 3-D sfäriska förblandade turbulenta flammor. Verifikation av implementationen visar att modellen implementerades korrekt. För närvarande är den numeriska modellen under validering mot småskaliga experimentella resultat för 3-D sfäriska flamma i Leeds förbränningskärl. De första beräkningarna visar att modellen och koden predikterar trenden. Det vill säga, flamhastigheter ökar när turbulenta hastighetsfluktuationer ökar. Beräkningar visar också att modellen och koden även kvantitativt predikterar flamhastigheter om rimliga modelleringsparametrar används. I nästa steg, kommer modellen och koden utvecklas ytterligare för att ta hänsyn till värmeförluster och strålning. Därefter kommer beräkningsresultaten att jämföras med experimentella resultat från de storskaliga tryckavlastningsförsöken, med olika geometrier, utförda vid Rembe® Research and Technology Center.

• Dust explosion is a constant threat to the Swedish industries which deal with combustible powders such as pellets producers, food industry, metal industry and so on. This project aims at (i) development of high-fidelity and well-validated models which address important combustion phenomena during a dust explosion, (ii) development of an efficient numerical tool based on an open source toolbox for predicting consequences of dust explosions and (iii) simulation of dust explosions in scenarios of process industries in cooperation with the reference group members of this project. The project result will improve the understanding of complicated combustion phenomena associated with dust explosions, and it will help the process industries in designing better vent system in case of dust explosion. During the first year, the Flame Speed Closure (FSC) model for premixed turbulent combustion, has been implemented in the open source platform OpenFOAM, which was installed at RISE in the beginning of the project. The implementation of FSC model has been verified against analytical solutions for 1-D planar and 3-D spherical turbulent flames. Verification shows correct implementation of model in the OpenFOAM platform. Currently, the developed code is being validated against small-scale dust-explosion experiments performed using the well-known Leeds combustion vessel. The first test of the code show that the trend, i.e. an increase in turbulent velocity fluctuation, an increase in flame speed, is predicted by the code. A further test shows that the code and model can predict the flame speed quantitatively using proper model parameters. In the next step, the model and code will be developed for considering the heat losses and radiation. Later the developed numerical platform will be applied to unsteady 3-D RANS simulations of large-scale experiments performed at REMBE® Research and Technology Center for vent relieving with different vent geometry.

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

rap (ämneskategori)