Chun, Hyunjoo:

Experimentelle Untersuchungen und CFD-Simulationen von DTBP-Poolfeuern

Duisburg, Essen (2007), 137 S.
Dissertation / Fach: Chemie
Fakultät für Chemie » Technische Chemie
Schönbucher, Axel (Doktorvater, Betreuerin)
Redeker, Tammo (GutachterIn)
Dissertation
Abstract:
Es wurden Massenabbrandraten, Flammentemperaturen, spezifische Ausstrahlungen (Surface emissive power, SEP), Bestrahlungsstärken und Flammenlängen von DTBP- und Kerosin-Poolfeuern in Labor- und Feldversuchen (0.003 m < d < 3.15 m) gemessen und CFD- Simulationen von DTBP-Poolfeuern bei d = 1.12 m und d = 3.15 m durchgeführt.
Die gemessenen Massenabbrandraten von DTBP-Poolfeuern (0.20 kg/(m² s) ≤′′≤DTBPm& 0.30 kg/(m² s)) zeigen eine nur geringe Abhängigkeit vom Pooldurchmesser d, sind aber abhängig vom d fünf bis zwanzig mal größer als die von Kohlenwasserstoff- Poolfeuern. Die mit dem IR-Thermographie-System gemessenen Temperaturen der DTBP-Poolfeuern (1480 K bis 1580 K) sind im gesamten untersuchten Bereich ca. 300 K bis 600 K höher als die der Kerosin- Poolfeuern. Die mit dem IR-Thermographie-System über die gesamte Brenndauer gemessenen mittleren spezifischen Ausstrahlungen des DTBP-Poolfeuers betragen SEP = 130 kW/m² bei d = 1.12 m und SEP = 250 kW/m² bei d = 3.15 m, und liegen somit um den Faktor drei bis zehn höher als bei Kohlenwasserstoff- Poolfeuern. Die mit (Ellipsoidal-) Radiometern gemessene mittlere Bestrahlungsstärke der DTBP-Poolfeuer beträgt E (Δy = 0.50 m, d =1.12 m) = 113 kW/m², und ist somit im Vergleich zu den n-Pentan-, Superbenzin- und Diesel- Poolfeuern um den Faktor zwei bis zehn größer. Die unter Verwendung der Thomas-Gleichung abgeschätzten Flammenlängen von DTBP-Poolfeuern bei d < 0.50 m zeigen eine gute Übereinstimmung mit den mit S-VHS-Videokameras gemessenen mittleren Flammenlängen (11d ≤≤H 17d). Im Bereich von 0.05 m ≤≤d 1.15 m sind die mittleren Flammenlängen H größer als im Experiment, stimmt dagegen bei d = 3.15 m gut überein und beträgt H(d = 3.15 m) ≈ 6d. Es wurden CFD-Simulationen von DTBP-Poolfeuern bei d = 1.12 m und d = 3.15 m unter Verwendung des kommerziellen ANSYS CFX Software Packet durchgeführt. Als Submodelle wurden das k-ε Turbulenzmodell, das Large Eddy Simulation Turbulenzmodell, das Detached Eddy Simulation Turbulenzmodell, das Scale Adaptive Simulation Turbulenzmodell, das Eddy Dissipation Verbrennungsmodell, das Rosseland Strahlungsmodell, das P1 Strahlungsmodell, das Monte Carlo Strahlungsmodell, das Discrete Transfer Strahlungsmodell und das Magnussen Rußmodell verwendet.
Die simulierten maximalen Temperaturen der DTBP-Poolfeuer ergaben sich zu 1 410 K (d = 1.12 m) bzw. 1 520 K (d = 3.15 m), die gut mit den experimentell gemessenen Temperaturen übereinstimmen. Die simulierten mittleren spezifischen Ausstrahlungen für DTBP-Poolfeuer liegen bei SEP (d = 1.12 m) = 110 kW/m² und SEP (d = 3.15 m) = 180 kW/m².Die simulierten Flammenlängen der DTBP-Poolfeuer (5d ≤≤H 6d) zeigen eine gute Übereinstimmung mit den gemessenen Flammenlängen. Die simulierten maximalen Strömungsgeschwindigkeiten in der Flammenmitte liegen z. B. für d = 3.15 m im Bereich von 25 m/s bis 30 m/s. Die simulierten Massenanteile an Ruß betragen 3.2∗10– 6 (d = 3.15 m) und 2.55∗10– 6
(d = 1.12 m).

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