Chemie lngenieur Technik (70) 9 I98 1139 102 schieben der Volumenelemente wiedergegeben. Volumenquellen bzw -senken werden durch Einfugen bzw. Herausnehmen von Vo- lumenelementen aus dem Turm realisiert. Die dariiberliegenden Volumenelemente bewegen sich dann entsprechend der Gesamt- BRICK - Ein Simulationstool fur Mehrphasenstromungen in Behaltern volumenstromdichte des Gemischs. Zur Beschreibungder Relativ- auf d& Basis einer Partikelmethode bewegung der Phasen werden Driftbeziehungen venvendet. Sie wird durch einen entsprechenden Tausch in der Anordnung der DR. D. LUCAS Volumenelemente realisiert. Im Programm BRICK konnen beliebig viele Phasen be- riicksichtigt werden. Jede Phase kann wiederum beliebig viele Komponenten enthalten, zwischen denen chemische Reaktionen Forschungszentrum Rossendorf e.V, Institut fur Sicherheitsfor- schung, Postfach 5101 19, D-01314 Dresden. Im Rahmen der Enhvicklung eines Gesamtmodells fur die dynami- sche Simulation komplexer Druckentlastungssysteme, bestehend aus Reaktor, Abblaseleitung, Entlastungsarmatur und Auffangein- richtungen, wurde ein 1-D-Behaltermodell aufgestellt. Die Trans- portvorgange imBehalter werden auf der Grundlage einer neu ent- wickelten Partikelmethode gelost. Dadurch wird numerische Diffu- sion vermieden, was insbesondere bei der Beriicksichtigung von Diskontinuitaten, wie z. B. dem Gemischspiegel, von Vorteil ist. Die implizite Wiedergabe der aktuellen Position des Gemischspie- gels sowie ein spezielles Interface ermoglichen die Beachtung der Entwicklung einer Schaumkrone am Ubergang zwischen dem Zweiphasengemisch und dem Gasraum. Die weitgehende Ent- kopplung der einzelnen Phanomene erlaubt eine modulare Code- struktur, bei der Modelle fur Einzelphanomene leicht ausgetauscht werden konnen. Das Transportmodell gehort zu der Klasse der Particle- In-Cell (PIC) -Methoden. Die Partikel reprasentieren dabei Volumenelemente, die alle die gleiche GroBe haben (Volumen < 1/10000 des Behaltervolumens) und in der Summe das gesamte Behaltervolumen ausfullen. Jedes solche Volumenelement ist ge- nau einer Phase zugeordnet und kann neben dieser Phasenzuge- horigkeit weitere Eigenschaften, wie z. B. eine Enthalpie oder eine Partikelanzahldichte, haben. Da das Model1 eindimensional ist, kann man sich das gesamte Behaltervolumen als einen Turm uber- einanderliegender Volumenelemente vorstellen. Der aktuelle Sy- stemzustand wird durch die Anordnung der einzelnen Volumen- elemente bestimmt. Transportvorgange werden nun durch Ver- Abbildung. Lokaler Volumendampfgehaltwahrend einer Druckentla- stung aus einem Behalter mit 0,274 m Durchrnesser und 2,966 rn Hohe; Position der DarnpfgehaltsmeRstelle (nadel- forrnige Leitfahigkeitssonde): 2,525 rn; Entlastungsbeginn: 5.1 s. 0 0 5 10 15 20 25 30 Zeit [s] ablaufen konnen. Die Massen- und Energieerhaltung werden ex- akt erfullt. Es sind verschiedene Driftmodelle implementiert, weitere konnen mit Hilfe eines vorhandenen Interfaces leicht eingefugt werden. Das Programm enthalt eine Bilanz fur die Partikelan- zahldichten, einschlieRlich einer Unterscheidung zwischen konti- nuierlicher und dispersen Phasen. Es sind verschiedene Abblase- leitungsmodelle implementiert, fur das kritische Ausstromen ist bisher jedoch nur ein ,,Frozen Flow''-Mode11 eingebaut. Weitere Modelle fiir die Abblaseleitung und kritisches Ausstromen konnen ebenfalls mit Hilfe eines Interfaces eingefugt werden. Fur die Pha- senubergange sind ein Gleichgewichts- und ein Nichtgleichge- wichtsverdampfungsmodell sowie ein Gleichgewichtsmodell fur das Entgasen enthalten. Das Programm wurde an verschiedenen Druckentlastungsexperimenten mit dem Stoffsystem Wasser/Was- serdampf validiert.

102. BRICK – Ein Simulationstool für Mehrphasenströmungen in Behältern auf der Basis einer Partikelmethode

Download PDF Report

Upload
dr-d-lucas
View
215
Download
2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 102. BRICK – Ein Simulationstool für Mehrphasenströmungen in Behältern auf der Basis einer Partikelmethode

Chemie lngenieur Technik (70) 9 I 9 8 1139

102 schieben der Volumenelemente wiedergegeben. Volumenquellen bzw -senken werden durch Einfugen bzw. Herausnehmen von Vo- lumenelementen aus dem Turm realisiert. Die dariiberliegenden Volumenelemente bewegen sich dann entsprechend der Gesamt- BRICK - Ein Simulationstool fur

Mehrphasenstromungen in Behaltern volumenstromdichte des Gemischs. Zur Beschreibungder Relativ-

auf d& Basis einer Partikelmethode bewegung der Phasen werden Driftbeziehungen venvendet. Sie wird durch einen entsprechenden Tausch in der Anordnung der

D R . D . L U C A S Volumenelemente realisiert. Im Programm BRICK konnen beliebig viele Phasen be-

riicksichtigt werden. Jede Phase kann wiederum beliebig viele Komponenten enthalten, zwischen denen chemische Reaktionen

Forschungszentrum Rossendorf e.V, Institut fur Sicherheitsfor- schung, Postfach 5101 19, D-01314 Dresden.

Im Rahmen der Enhvicklung eines Gesamtmodells fur die dynami- sche Simulation komplexer Druckentlastungssysteme, bestehend aus Reaktor, Abblaseleitung, Entlastungsarmatur und Auffangein- richtungen, wurde ein 1-D-Behaltermodell aufgestellt. Die Trans- portvorgange imBehalter werden auf der Grundlage einer neu ent- wickelten Partikelmethode gelost. Dadurch wird numerische Diffu- sion vermieden, was insbesondere bei der Beriicksichtigung von Diskontinuitaten, wie z. B. dem Gemischspiegel, von Vorteil ist. Die implizite Wiedergabe der aktuellen Position des Gemischspie- gels sowie ein spezielles Interface ermoglichen die Beachtung der Entwicklung einer Schaumkrone am Ubergang zwischen dem Zweiphasengemisch und dem Gasraum. Die weitgehende Ent- kopplung der einzelnen Phanomene erlaubt eine modulare Code- struktur, bei der Modelle fur Einzelphanomene leicht ausgetauscht werden konnen.

Das Transportmodell gehort zu der Klasse der Particle- In-Cell (PIC) -Methoden. Die Partikel reprasentieren dabei Volumenelemente, die alle die gleiche GroBe haben (Volumen < 1/10000 des Behaltervolumens) und in der Summe das gesamte Behaltervolumen ausfullen. Jedes solche Volumenelement ist ge- nau einer Phase zugeordnet und kann neben dieser Phasenzuge- horigkeit weitere Eigenschaften, wie z. B. eine Enthalpie oder eine Partikelanzahldichte, haben. Da das Model1 eindimensional ist, kann man sich das gesamte Behaltervolumen als einen Turm uber- einanderliegender Volumenelemente vorstellen. Der aktuelle Sy- stemzustand wird durch die Anordnung der einzelnen Volumen- elemente bestimmt. Transportvorgange werden nun durch Ver-

Abbildung. Lokaler Volumendampfgehalt wahrend einer Druckentla- stung aus einem Behalter mit 0,274 m Durchrnesser und 2,966 rn Hohe; Position der DarnpfgehaltsmeRstelle (nadel- forrnige Leitfahigkeitssonde): 2,525 rn; Entlastungsbeginn: 5.1 s.

0 0 5 10 15 20 25 30

Zeit [s]

ablaufen konnen. Die Massen- und Energieerhaltung werden ex- akt erfullt. Es sind verschiedene Driftmodelle implementiert, weitere konnen mit Hilfe eines vorhandenen Interfaces leicht eingefugt werden. Das Programm enthalt eine Bilanz fur die Partikelan- zahldichten, einschlieRlich einer Unterscheidung zwischen konti- nuierlicher und dispersen Phasen. Es sind verschiedene Abblase- leitungsmodelle implementiert, fur das kritische Ausstromen ist bisher jedoch nur ein ,,Frozen Flow''-Mode11 eingebaut. Weitere Modelle fiir die Abblaseleitung und kritisches Ausstromen konnen ebenfalls mit Hilfe eines Interfaces eingefugt werden. Fur die Pha- senubergange sind ein Gleichgewichts- und ein Nichtgleichge- wichtsverdampfungsmodell sowie ein Gleichgewichtsmodell fur das Entgasen enthalten. Das Programm wurde an verschiedenen Druckentlastungsexperimenten mit dem Stoffsystem Wasser/Was- serdampf validiert.