MODITIC - report on source term modelling

European Defence Agency-prosjektet B-1097-ESM4-GP MODITIC (MOdelling the Dispersion of Toxic Industrial Chemicals in urban environments) har i perioden 2012 – 2016 studert utslipp og spredning av nøytrale og ikke-nøytrale industrikjemikalier i urbane miljø. Målene er både å øke kunnskapen om de dominerende fysikalske prosessene som er involvert, og å støtte opp om forbedring av modelleringsteknikker. Arbeidspakke WP3000 dreier seg om beskrivelse av utslippskilden. Dette inkluderer beskrivelse av såkalt “flashing”, utvidelse av væsken og gassen etter utslippet, fordamping og væskedamdannelse. Fire studier er gjenomført innenfor WP3000 av fire forskningsinstitutt: • DGA brukte Reynolds-averaged Navier-Stokes-modeller for å studere utslipp av ammoniakk som gass og som tofase der utslippsstrømmen treffer en vegg. Tidsstegene som var nødvendige for simuleringene, var imidlertid så små at metoden er uegnet for store geometriske domener. I tillegg resulterte metoden i ufysikalske verdier på en del variabler. • FFI brukte large eddy-simuleringer for de samme to scenarioene. Disse metodene har imidlertid enda sterkere krav til tidssteget og størrelsen på beregningsgrid, slik at det ble uhåndterlig å simulere hele eksperimentet. Metodene blir også for tidkrevende for store geometriske domener. Modellen som ble testet, gir heller ikke mulighet til å simulere fullt ut de fysikalske prosessene som er involvert i flashing av væskestrømmen og fordamping av væskedråpene. • FOI testet en metodikk der forholdene til jetstrømmen blir beregnet analytisk og gitt som inngangsparametre til en computational fluid dynamics-beregning (CFD) av den videre spredningen av gass. Simuleringene er sammenlignet med feltforsøk av utslipp og spredning av ammoniakk, og resultatene er lovende. • INERIS har brukt en large eddy-simuleringsmetode der ingangsparametrene er spesifisert fra reelle (eksperimentelle) målinger av energispektrumsprofiler. Gasskilden er spesifisert fra en analytisk beregning. Simuleringene er sammenlignet med feltforsøk med utslipp av ammoniakk, og resultatene er lovende med tanke på å beskrive spredning både i nærfeltet og langt fra kilden. Ingen av instituttene har en CFD-kapabilitet som fullt ut kan beskrive alle fysikalske prosesser med et tofaseutslipp av ammoniakk. CFD-modellene som er brukt, ga til dels ufysikalske resultater, i tillegg til at de er for tidkrevende å brukes på store geometriske domener. I stedet anbefales det å benytte en totrinnsmodell, der de raske prosessene (flashing og utvidelse at strømmen) beregnes analytisk, og de langsomme prosessene (transport av gass og innblanding av luft) simuleres med CFD. En slik framgangsmåte har vist lovende resultater.