Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of Artificial Neural Networks for Mathematical Modelling of Horizontal Jet Fires

Lewak Michał, Tępiński Jarosław

Safety & Fire Technology

|

2023

|

Vol. 62, iss. 2

34--48

EN

Aim: This article focuses on the use of artificial neural networks to mathematically describe the parameters that determine the size of a jet fire flame. To teach the neural network, the results of a horizontal propane jet fire, carried out experimentally and using CFD mathematical modelling, were used. Project and methods: The main part of the work consisted of developing an artificial neural network to describe the flame length and propane-air mixing path lengths with good accuracy, depending on the relevant process parameters. Two types of data series were used to meet the stated objective. The first series of data came from field tests carried out by CNBOP-PIB and from research contained in scientific articles. The second type of data was provided by numerical calculations made by the authors. The methods of computational fluid mechanics were used to develop the numerical simulations. The ANSYS Fluent package was used for this purpose. Matlab 2022a was used to develop the artificial neural network and to verify it. Results: Using the nftool function included in Matlab 2022a, an artificial neural network was developed to determine the flame length Lflame and the length of the Slift-off mixing path as a function of the diameter of the dnozzle and the mass flux of gas leaving the nozzle. Using Pearson’s correlation coefficient, a selection was made of the best number of neurons in the hidden layer to describe the process parameters. The neural network developed allows Lflame and Slift-off values to be calculated with good accuracy. Conclusions: Artificial neural networks allow a function to be developed to describe the parameters that determine flame sizes in relation to process parameters. For this purpose, the results of the CFD simulations and the results of the jet fire experiments were combined to create a single neural network. The result is a ready-made function that can be used in programmes for the rapid determination of flame sizes. Such a function can support the process of creating scenarios in the event of an emergency. A correctly developed neural network provides opportunities for the mathematical description of jet fires wherever experimental measurements are not possible. Solution proposed by the authors does not require a large investment in ongoing calculations, as the network can be implemented in any programming language.

PL

Cel: W artykule skupiono się na wykorzystaniu sztucznych sieci neuronowych do opisu matematycznego parametrów określających rozmiary płomienia pożaru strumieniowego. Do uczenia sieci neuronowej wykorzystano wyniki badań poziomego pożaru strumieniowego propanu, przeprowadzone doświadczalnie i przy pomocy modelowania matematycznego metodą CFD. Projekt i metody: Główna część pracy polegała na opracowaniu sztucznej sieci neuronowej, która z dobrą dokładnością będzie opisywała długość płomienia oraz długości drogi mieszania propanu z powietrzem w zależności od istotnych parametrów procesowych. Do realizacji postawionego celu wykorzystano dwa typy serii danych. Pierwsza seria danych pochodziła z badań poligonowych wykonanych przez CNBOP-PIB oraz z badań zawartych w artykułach naukowych. Drugi typ danych dostarczyły obliczenia numeryczne wykonane przez autorów. Do opracowania symulacji numerycznych wykorzystano metody obliczeniowej mechaniki płynów. W tym celu zastosowany został pakiet ANSYS Fluent. Do opracowania sztucznej sieci neuronowej oraz jej weryfikacji użyto programu Matlab 2022a. Wyniki: Korzystając z funkcji nftool , zawartej w programie Matlab 2022a, opracowano sztuczną sieć neuronową do wyznaczenia długości płomienia Lflame i długości drogi mieszania Slift-off w zależności od średnicy dyszy dnozzle i strumienia masowego gazu opuszczającego dyszę. Do opisu parametrów procesowych wybrano najbardziej adekwatną liczbę neuronów w warstwie ukrytej. Wykorzystano do tego współczynnik korelacji Pearsona. Opracowana sieć neuronowa pozwala z dobrą dokładnością obliczyć wartości Lflame i Slift-off. Wnioski: Sztuczne sieci neuronowe pozwalają na opracowanie funkcji opisującej rozmiar płomienia w zależności od parametrów procesowych. W celu stworzenia jednej sieci neuronowej połączono wyniki symulacji CFD i wyniki doświadczeń pożarów strumieniowych. W rezultacie otrzymano gotową funkcję, która może być użyta w programach służących do szybkiego określania rozmiarów płomienia. Funkcja taka może wspomagać proces tworzenia scenariuszy na wypadek wystąpienia sytuacji awaryjnej. Poprawnie opracowana sieć neuronowa pozwala opisać w sposób matematyczny pożary strumieniowe wszędzie tam, gdzie wykonanie pomiarów doświadczalnych nie jest możliwe. Proponowane rozwiązanie nie wymaga dużych nakładów finansowych na prowadzone obliczenia, ponieważ sieć może być zaimplementowana w dowolnym języku programowania.

2

The Use of the k-ω SST Turbulence Model for Mathematical Modeling of Jet Fire

Lewak Michał Wojciech, Tępiński Jarosław, Klapsa Wojciech

Safety & Fire Technology

|

2022

|

Vol. 59, iss. 1

28--40

EN

Aim: The purpose of this study is to verify the usability of the k-ω SST turbulence model for the description of the combustion process during a vertical propane jet fire. Simulating a jet fire using computational fluid mechanics involves an appropriate selection of a mathematical model to describe the turbulent flow. It is important as the variables from this model also describe the rate of the combustion reaction. As a result, they have an impact on the size and shape of the flame. The selection of an appropriate model should be preceded by preliminary simulations. Project and methods: For this purpose, a vertical jet fire in no wind conditions was selected for simulation. Consequently, it was possible to develop a two-dimensional axisymmetric geometry. A good numerical mesh can be applied to such axisymmetric geometry. Selected process conditions allowed to create an axisymmetric numerical grid. Its values, proving the quality, are shown in a chart demonstrating the distribution of the parameter quality depending on the number of elements from which the numerical grid was built. In the work, a two-stage model of the combustion reaction was selected in order to verify whether the area in which the mole fraction of carbon monoxide will have significant values is so large that the selected kinetic reaction model will have an impact on the flame length. Results: Three simulations of jet fire taking place in the direction opposite to the force of gravity were performed. The simulations performed allowed for setting the basic L[f] parameter, which determines the flame length. Additionally, the length of the mixing path s[lift-off], needed to initiate the combustion reaction, was determined. The simulations performed allowed for comparing significant parameters characterizing the flame with the parameters calculated using correlations included in the literature on the subject. Due to this comparison, it was possible to define an interesting scope of research work, because the length of the gas mixing path determined from the CFD simulation differed significantly from the values calculated from the correlation. Conclusions: Interestingly, such large differences between CFD results and correlations were not observed for the L[f] parameter. The correlations based on the Froude number give slightly higher values of the flame length than the results of the CFD simulation. On the other hand, the correlation based on the Reynolds number gives slightly lower values of the L[f] parameter than the values obtained from the CFD calculations. This may indicate that the effects related to the inertia forces (Re number) better describe the simulation process conditions than the correlations based on the influence of inertia forces and gravity forces (Fr number).

PL

Cel: Celem tego opracowania jest sprawdzenie przydatności modelu k-ω SST do opisu procesu spalania podczas pionowego pożaru strumieniowego propanu. Symulacja pożaru strumieniowego przy pomocy obliczeniowej mechaniki płynów wiąże się z odpowiednim wyborem modelu matematycznego służącego do opisu przepływu burzliwego. Jest to o tyle ważne, że zmienne z tego modelu opisują również szybkość reakcji spalania, a więc mają wpływ na rozmiar i kształt płomienia. Dobór odpowiedniego modelu powinien być poprzedzony symulacjami wstępnymi. Projekt i metody: Do symulacji wybrano pionowy pożar strumieniowy w warunkach bezwietrznych. Dzięki temu opracowana została dwuwymiarowa osiowosymetryczna geometria, na którą możliwe jest nałożenie dobrej siatki numerycznej. Wybrane warunki procesowe pozwoliły na stworzenie osiowosymetrycznej siatki numerycznej, której wartości świadczące o jakości uwidoczniono na wykresie przedstawiającym rozkład jakości parametru w zależności od liczby elementów, z jakich zbudowano siatkę numeryczną. Na podstawie dwuetapowego modelu reakcji spalania sprawdzono, czy obszar, w którym ułamek molowy tlenku węgla będzie miał duże wartości wpłynie na długość płomienia w wybranym modelu kinetycznym reakcji. Wyniki: Wykonane zostały trzy symulacje pożaru strumieniowego odbywającego się w kierunku przeciwnym do działania sił grawitacji. Pozwoliły one na wyznaczenie podstawowego parametru L[f] , który określa długość płomienia. Dodatkowo wyznaczona została długość drogi mieszania s[lift-off], która jest niezbędna do zapoczątkowania reakcji spalania. Wykonane symulacje pozwoliły na porównanie istotnych parametrów charakteryzujących płomień z parametrami obliczonymi przy pomocy korelacji zawartych w literaturze przedmiotu. Wnioski: Porównanie wyżej wymienionych parametrów umożliwiło określenie ciekawego zakresu pracy badawczej, ponieważ wyznaczona z symulacji CFD długość drogi mieszania gazu znacząco różniła się od wartości obliczonych z korelacji. Co ciekawe, tak dużych rozbieżności między wynikami CFD a korelacjami nie zaobserwowano dla parametru L[f] . Przy czym korelacje oparte o liczbę Froude’a podają nieco większe wartości długości płomienia niż wyniki symulacji CFD. Natomiast korelacja oparta o liczbę Reynoldsa podaje nieco mniejsze wartości parametru L[f] niż wartości otrzymane z obliczeń CFD. Może to świadczyć o tym, że efekty związane z siłami bezwładności (liczba Re) lepiej opisują warunki procesowe niż korelacje oparte o wpływ sił bezwładności i sił ciężkości (liczba Fr).

3

Modelowanie matematyczne pożarów strumieniowych za pomocą obliczeniowej mechaniki płynów CFD

Lewak Michał, Tępiński Jarosław, Lesiak Piotr

Przemysł Chemiczny

|

2022

|

T. 101, nr 5

324--329

PL

Przedstawiono modelowanie matematyczne pożaru strumieniowego metodą CFD na przykładzie pożaru propanu wydostającego się z dyszy. Pokazano wpływ masowego przepływu gazu na długość, szerokość i wysokość płomienia. Symulacje numeryczne przeprowadzono dla przepływów cieczy w zakresie liczby Macha poniżej 0,2. Pozwoliło to na prowadzenie symulacji w zakresie przepływu nieściśliwego. Otrzymane wyniki symulacji porównano z korelacjami opisanymi w literaturze.

EN

Math. modeling of a jet fire using the CFD method was presented on the example of a propane fire escaping from a nozzle. The effect of gas mass flow on the length, width and height of the flame was shown. Numerical simulations were performed for fluid flows in the Mach number range below 0.2. This allowed the process to be defined as an incompressible flow. The obtained simulation results were compared with the correlations described in the literature.

4

Badania pożarów strumieniowych propanu przeprowadzone w dużej skali

Tępiński Jarosław, Lewak Michał, Lesiak Piotr

Przemysł Chemiczny

|

2022

|

T. 101, nr 11

950--956

PL

Przedstawiono i omówiono wyniki pomiarów temperatury i promieniowania cieplnego w czasie pożaru strumieniowego propanu wydobywającego się pod ciśnieniem z instalacji gazowej. Badania pożaru strumieniowego w dużej skali przeprowadzono na poligonowym stanowisku badawczym zbudowanym na terenie Ośrodka Szkolenia w Pionkach Komendy Wojewódzkiej Państwowej Straży Pożarnej w Warszawie.

EN

A test of propane jet fire was performed in an outdoor test stand built in the fire brigade training center. A propane jet with a flow rate of about 196.1 m3/h for 110 s was continuously released from pressurized liquid propane tank. The values of temp. and thermal radiation were recorded at 20 and 4 measuring points, resp. A significant effect of even low wind speeds on the values of the recorded parameters was obsd. The results of measurements of temp., thermal radiation and flame dimensions allowed to estimate the effects of jet fire.

5

Hazards of hydrogen transport in the existing natural gas pipeline network

Stolecka M.

Journal of Power Technologies

|

2018

|

Vol. 98, nr 4

329--335

EN

The development of European economies will occur in parallel with efforts aiming to reduce the use of fossil fuels in power generation and transport. This has led to an increased interest in hydrogen as the energy carrier of the future. However, before hydrogen can be used efficiently on a large scale, a new hydrogen-based economy will have to be developed to serve gas production, storage and transport needs. An alternative to what would be rather costly investment in new infrastructure could be to use the existing network of gas pipelines by adding hydrogen to natural gas and transporting the mixture. The new solution should be considered in terms of research on the technological adaptation of the existing pipelines (appropriate fixtures and fittings, materials, pipeline geometry) as well as on possible consequences of a potential failure and the related serious hazards. The paper presents the results of an analysis of the effects of a jet fire arising due to an uncontrolled release of natural gas and its mixture with hydrogen from a pipeline. The impact of the variability in the gas and the pipeline parameters on the severity of the consequences is shown.

6

Skutki zdarzeń awaryjnych w transporcie z udziałem wybranych paliw petrochemicznych

Półka M., Kukfisz B.

Logistyka

|

2014

|

nr 3

5268--5277

PL

W niniejszym artykule omówiono skutki pożarów strumieniowych z uwzględnieniem 3 różnych średnic otworów uwolnienia substancji tzn. dla 1 cala, 1,5 cala oraz 2 cali (odpowiednio 1, 2 oraz 3 scenariusza). Analizę wykonano w oparciu o najczęściej stosowane metody służące do oceny skutków scenariuszy awaryjnych uwolnień substancji w magazynowaniu, transportowaniu oraz dystrybucji materiałów niebezpiecznych w szczególności LPG i LNG. Wyniki przedstawiono na wykresach zależności zasięgu promienia strumienia promieniowania cieplnego o wartościach 5 kW/m2, 12,5 kW/m2 oraz 50 kW/m2. Wyznaczono gęstości promieniowania cieplnego od pożaru strumieniowego w funkcji odległości. Wyniki badań porównano z danymi literaturowymi oddziaływania strumienia promieniowania cieplnego na ludzi, budynki oraz elementy wyposażenia wnętrz. Artykuł jest podstawą do realizacji dalszych badań w zakresie oceny skutków scenariuszy najczęściej transportowanych substancji tj. LPG i LNG np. pożaru rozlewiska, zjawiska BLEVE oraz zjawiska wybuchu.

XX

The paper described consequences of jet fires allowing for 3 different diameters of apertures through which substances are released, i.e. for 1 inch, 1.5 inch and 2 inches (scenario 1, 2 and 3 respectively). The analysis was carried out on the basis of the most frequently applied methods used to assess consequences of scenarios for the emergency release of substances in warehousing, transport and distribution of hazardous materials, especially LPG and LNG. The results were presented on diagrams and showed dependencies of the range of the thermal radiation flux radius of 5 kW/m2, 12.5 kW/m2 and 50 kW/m2. Delimited were densities of thermal radiation on the jet fire in the function of distance. The results of studies were then compared to data obtained from literature related to the impact of the thermal radiation flux on humans, buildings and elements of interior furnishings. The paper will be a basis for the implementation of further research related to assessments of consequences of scenarios involving the most frequently hauled substances, i.e. LPG and LNG, e.g. fire of a spill, the BLEVE phenomenon and the explosion phenomenon.

7

Oszacowanie ryzyka związanego z rurociągami transportującymi wodór

Rusin A., Stolecka K.

Rynek Energii

|

2011

|

nr 3

87-93

PL

W artykule przeanalizowano zagadnienie oceny ryzyka związanego z transportem wodoru na duże odległości. Transport taki odbywać się może w odpowiednich zbiornikach przewożonych samochodami, cysternami kolejowymi lub też rurociągami. W każdym z tych przypadków może dojść do niekontrolowanego wycieku wodoru, a w dalszej kolejności do jego pożaru lub wybuchu. Zasadniczą sprawą jest zatem wyznaczenie poziomu ryzyka w sąsiedztwie szlaków transportu znacznych ilości wodoru. W kolejnych punktach zdefiniowano pojęcie ryzyka w odniesieniu do systemów transportu wo-doru, opracowano główne scenariusze zdarzeń niebezpiecznych z udziałem wodoru, podano przyczyny tych zdarzeń. Na-stępnie obliczono skutki pożaru lub wybuchu wyciekającego w sposób niekontrolowany wodoru. Na tej podstawie wyzna-czono poziom ryzyka w obszarach sąsiadujących z instalacjami wodorowymi.

EN

The paper presents the issue of assessing the risks associated with transporting hydrogen for long distances. For such transport car containers, rail tankers or pipelines may be used. Uncontrolled release of hydrogen and later fire or explosion may be a result in each of these cases. It is essential to determine the level of risk in the vicinity of the routes of transport vast quantities of hydrogen. In the paper the term of risk in relation to hydrogen transport systems are defined. The analysis major hazardous event scenario, the cause of these events are presented. The effects of fire or explosion of uncontrolled leaking hydrogen are calculated. Follow this, the level of risk in areas around installations of hydrogen are determined.

8

Wybrane aspekty awarii z udziałem LPG - aktualne problemy badawcze

Jarosz W., Salamonowicz Z.

Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza

|

2010

|

Nr 4

73-76

PL

Liczba awarii z udziałem gazu LPG zwiększają się każdego roku. Następstwem tego faktu jest zwiększenie ilości działań ratowniczych prowadzonych przez jednostki Państwowej Straży Pożarnej. Złożoność zjawisk występujących podczas tego typu awarii prowadzi do konieczności dokładnego ich poznania. Wynika to przede wszystkim z potrzeby zachowania wysokich standardów bezpieczeństwa dla ratowników i skuteczności wybranej technologii ratowniczej. Artykuł omawia aktualne problemy związane z mechanizmami awarii zbiorników ciśnieniowych magazynujących LPG, szczególnie zagadnienia przemian termodynamicznych gazu w zbiorniku w wyniku oddziaływania promieniowania cieplnego od pożaru strumieniowego.

EN

Number of accidents involving LPG has been increasing each year. The corollary of this fact is to enhance the rescue operations conducted by the State Fire Service units. The complexity of the phenomena occurring during this type of failure leads to the need for thorough understanding. This is mainly due to the need to maintain high standards of safety and efficacy of emergency rescue technology chosen. The article discusses the current problems associated with the mechanisms of failure of LPG storage tank pressure, particularly issues of thermodynamic processes of gas in the tank as a result of the impact of thermal radiation, from the jetfire.

9

Poważne uszkodzenia gazociągów i ich skutki

Rusin A., Stolecka K.

Rynek Energii

|

2009

|

nr 6

97-102

PL

Rurociągi stanowią podstawowy i bezpieczny środek transportu wielu substancji, w tym zwłaszcza gazów i cieczy. Zdarzają się jednak przypadki uszkodzeń spowodowane błędami człowieka, czy też korozją prowadzące do wypływu gazu a dalej pożaru. W artykule scharakteryzowano główne przyczyny uszkodzeń gazociągów oraz podano przykłady szacowania wielkości obszarów narażonych na podwyższone promieniowanie cieplne w funkcji parametrów uszkodzonego gazociągu. Obliczenia szczegółowe przeprowadzono dla gazociągów średniego i wysokiego ciśnienia.

EN

The pipelines are the fundamental and safe way of gas fluid transportation. However, some failures can occur either due to the human errors or the corrosion, which lead to fluid outflow and in consequence to a fire. In the paper the main reasons for gas pipeline failures are described and some algorithms for estimation of the area exposed to excessive thermal radiation as a function of the pipeline parameters are given. Specific calculations are carried out for a medium and high pressure pipelines.