Numerisk modellering av dam-spredning, varmeoverføring og brann i flytende naturgass (LNG)

Abstract

Denne oppgaven har sett på modellering av spredning og fordamping av dammer på faste underlag bestående av kryogene væsker. En modell basert på grunt vann-ligningene har blitt utledet. Grunt vann-ligningene består av: én kontinuitetsligning og to impulsligninger i henholdsvis x- og y-retning. Modellen tar høyde for varmeovergang, avdamping og todimensjonal spredning av dammen. I tillegg inkluderes viskøse krefter som påvirker spredningen. Ligningene som oppstår fra modelleringen løses numerisk. For å gjøre dette har det blitt skrevet et numerisk program i Fortran 90. Programmet har blitt kalt CRYOSPREAD og de numeriske teknikkene dette programmet bygger på gås gjennom i teksten. Det har også blitt gjennomført simuleringer med dette programmet. Simuleringene sammenlignes med henholdsvis forsøksdata og modeller i Kameleon FirEx (KFX). Ved å sammenligne med forsøksdata fra spredning av vann, vises det at dam-spredningsmodellen i CRYOSPREAD er kapabel til å følge forsøksdataene rimelig bra. Dette er imidlertid svært avhengig av en turbulenskonstant som representerer mye av usikkerheten i modellen. Sammenligning med spredningsmodellen av dammer i KFX viser tydelig forbedringen ved å løse impulsligninger. Et simuleringsforsøk med begge modellene har blitt gjennomført, der strømningen i starten skal være dominerende i én retning. Resultatet viser at dammen i KFX-modellen med én gang sprer seg mer radielt og ikke har en dominerende retning for spredningen til forskjell fra den nye modellen i CRYOSPREAD. Forsøksdata for avdampingsrater av metan og nitrogen uten spredning viser at avdampingsmodellen i CRYOSPREAD presterer rimelig bra for senere tider (t > ~20s), men har noe avvik i starten. Sammenligning med avdamping i KFX uten spredning viser den kvalitative forskjellen i avdampingsratene som følger av forskjellige modeller for varmeoverføring. Total avdampet masse fra dammen i KFX er proporsjonal med tiden, mens den er proporsjonal med t1/2 i CRYOSPREAD. Forskjellen består i at KFX ikke tar hensyn til kjøling av underlaget, mens modellen i CRYOSPREAD tar hensyn til dette gjennom en vertikal konduksjonsmodell i bakken. Da det ikke lyktes å få tak i forsøksdata for spredning og avdamping av kryogener er ikke modellen tilstrekkelig validert, men vil kunne gi en god pekepinn for hva som skjer ved spredningsulykker av kryogener hvis antagelsene den bygger på er gode nok.