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Zum Einfluss der Turbulenz auf die Druckentlastung von Gas- und Staubexplosionen

  • Der maßgebliche Einfluss turbulenter Strömungsbewegungen auf den Ablauf von Explosionen ist bereits seit längerem bekannt. Wegen der Schwierigkeit, Betrag und Richtung der turbulenten Schwankungsgeschwindigkeit in-situ zu messen, existieren jedoch nur wenige diesbezügliche experimentelle Daten. Es wurde deshalb eine aus drei Glassegmenten bestehende Versuchsapparatur mit etwa 100 l Volumen und einem Länge/Durchmesser-Verhältnis von 4,7 errichtet, die die gleichzeitige Messung der Strömungsgeschwindigkeit und deren turbulenter Fluktuation, der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme, der zeitlichen Entwicklung des Explosionsdruckes sowie im Falle von Staubexplosionen der Staubkonzentration erlaubte. Die Glassegmente wurden durch Metallflansche verbunden, an welche insgesamt sechzehn gleichmäßig über Umfang und Höhe verteilte Ventilatoren zur kontrollierten Erzeugung eines Turbulenzfeldes montiert waren. Die Explosionsversuche wurden mit einem Propan-Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch sowieDer maßgebliche Einfluss turbulenter Strömungsbewegungen auf den Ablauf von Explosionen ist bereits seit längerem bekannt. Wegen der Schwierigkeit, Betrag und Richtung der turbulenten Schwankungsgeschwindigkeit in-situ zu messen, existieren jedoch nur wenige diesbezügliche experimentelle Daten. Es wurde deshalb eine aus drei Glassegmenten bestehende Versuchsapparatur mit etwa 100 l Volumen und einem Länge/Durchmesser-Verhältnis von 4,7 errichtet, die die gleichzeitige Messung der Strömungsgeschwindigkeit und deren turbulenter Fluktuation, der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme, der zeitlichen Entwicklung des Explosionsdruckes sowie im Falle von Staubexplosionen der Staubkonzentration erlaubte. Die Glassegmente wurden durch Metallflansche verbunden, an welche insgesamt sechzehn gleichmäßig über Umfang und Höhe verteilte Ventilatoren zur kontrollierten Erzeugung eines Turbulenzfeldes montiert waren. Die Explosionsversuche wurden mit einem Propan-Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch sowie mit einem Maisstärke-Luft-Gemisch durchgeführt. Die Zündung der explosionsfähigen Gemische erfolgte durch einen Hochspannungsfunken. Als Berstfolien wurden zwei Polyethylenfolien (Dicke 10 und 15 µm) und drei Aluminiumfolien (Dicke 15, 20 und 22 µm) verwendet. Die Versuche zeigten sowohl bei Gas- als auch bei Staubexplosionen eine Zunahme des reduzierten Explosionsdruckes für wachsende turbulente Schwankungs-geschwindigkeiten im Bereich von 0 m/s bis 0,45 m/s. Diese Zunahme war besonders ausgeprägt für verhältnismäßig kleine Entlastungsflächen (Durchmesser < 70 mm) bei geringen Ansprechdrücken (Polyethylenfolie), während für höhere Ansprechdrücke (Aluminiumfolie) der Einfluss der Turbulenz zurückging. Zur Ergänzung der Experimente wurden Simulationsrechnungen mit dem Computational Fluid Dynamics-Programm Fluent6 unternommen. Diese Rechnungen dienten der Validierung der den Programmen zugrunde liegenden Modelle im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit zur Berechnung von Explosionsabläufen in technischen Anlagen. Es konnte eine realistische Wiedergabe der Druck-Zeit-Verläufe durch die Rechnungen erreicht werden.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autor*innen:Marc Scheid, Andreas Geißler, Ulrich Krause
Dokumenttyp:Beitrag zu einem Tagungsband
Veröffentlichungsform:Graue Literatur
Sprache:Deutsch
Titel des übergeordneten Werkes (Deutsch):Tagungsunterlagen, CD mit Manuskripten und PowerPoint-Präsentationen / 7. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit
Jahr der Erstveröffentlichung:2004
Verlag:VDI-Verl.
Verlagsort:Halle
Erste Seite:15 Seiten (A 04)
Veranstaltung:7. Fachtagung Arbeits-, Anlagen- und Umweltsicherheit
Veranstaltungsort:Köthen, Deutschland
Beginndatum der Veranstaltung:2004-11-04
Enddatum der Veranstaltung:2004-11-05
Verfügbarkeit des Dokuments:Weder Datei noch physisches Exemplar vorhanden ("No Access")
Datum der Freischaltung:19.02.2016
Referierte Publikation:Nein
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