Analyse von verschiedenen Verbrennungsmodellen im Hinblick auf ...

Münch, Gerber, Oevermannabhängig von der Umgebungsdichte ρ ∞ , der Umgebungstemperatur T ∞ , der spez. Wärmekapazitätvon Luft c p und der Gravitationskonstante g und berechnet sich zu() 25˙QD ∗ =√ . (6)ρ ∞ c p T ∞ gZur Abschätzung einer ausreichend feinen Gitterauflösung für auftriebsgesteuerte Plumeswird in einer Validierungsstudie für die Anwendung von CFD-Simulationen in kerntechnischenAnlagen ein Verhältnis im Bereich D ∗ /h = 4 . . . 16 empfohlen [6, 13]. Die Tabelle 2 zeigt dieErgebnisse, die sich nach Gleichung (6) mit diesem Kriterium für verschiedene Gitterweitenund die jeweilige Brennerleistung ˙Q = 118 kW bzw. für ˙Q = 168 kW ergeben.Gitterweite D ∗ /hh = 10 cm 4 . . . 4,7h = 5 cm 8 . . . 9,4h = 2,5 cm 16 . . . 18,8Tabelle 2: Verhältnis D ∗ /h für verschiedene Gitterweiten h.Die in der Anwendungspraxis im Brandingenieurwesen durchgeführten Simulationen werdensich in der Regel eher im unteren bis mittleren Bereich dieser Empfehlung wiederfinden.4.2.1 Fire Dynamics SimulatorAus den in Abschnitt 3.3 dargelegten Gründen steht für die Verbrennungsmodellierung inFDS praktisch nur das Mischungsbruch-Modell zur Verfügung. Per Voreinstellung verwendetFDS als Brennstoff Propan, so dass die Defaultwerte der Globalreaktion übernommen werden.Die notwendigen Modellparameter für die Freisetzungsraten wurden aus [14] entnommen. AlleSimulationsrechnungen werden seriell, d.h. ohne Gebietszerlegung durchgeführt.Die Abbildung 12 zeigt den Vergleich der experimentellen Wärmefreisetzungsrate mit dervon FDS ausgegebenen globalen Wärmefreisetzungsrate. Alle FDS-Simulationen geben dievom Brenner freigesetzte Wärmeenergie im Simulationsgebiet auf diese Weise richtig wieder.HRR in kW180160140120100806040200Exp.Sim.0 200 400 600 800 1000 1200 1400Zeit in sAbbildung 12: Vergleich der Energiefreisetzungsrate (HRR) für FDS-Simulation und Experiment.13