化学工程安全新闻

通过交替命运计算验证哥特式室温分析

写道 Fauske团队 | 08.15.17.

通过:Matthew Kennedy,核工程师&Sung Jin Lee博士,Sr.咨询工程师Fauske& Associates, LLC

现代工程经常利用复杂的计算机建模作为帮助设计和分析的工具。数学表示,假设和数值方案通常仅被各个开发人员知道,并且对最终用户不容易透明。使用的潜在缺陷 复杂的代码从诱惑中出现,以假设结果是准确的,因为提供了输出,软件没有提供任何错误或警告消息。事实上,这一点,工程师需要最谨慎的地步,以确保他们完全理解潜在的物理学。这通常涉及使用备用软件工具,手计算和专家评审的独立验证。

最近,Faoske.&Associates,LLC(FAI)支持客户请求,以验证浮力主导流量,从核工业中使用的遏制分析(由电力研究所,EPRI所拥有和许可)的标准代码。这是使用FAI的内部开发的命运(设施流动,气溶胶,热量和爆炸)软件包来完成设施内的环境条件。在隔间内的环境条件深圳风采是在设计和定位安全设备时的重要考虑因素。确保设计和制造安全系统组件以在预期的环境条件下存活是确保设施安全运行的关键第一步。

在里面 核工业哥特式是一种标准工​​程工具,用于深圳风采由于热源,散热器和流出隔室边界的综合影响而在隔室中开发的环境条件。它包含许多有用的相关性和功能来模拟浮力主导的流量。在通风场景分析的损失中,细分隔间以深圳风采临界部件所在的局部气体温度。这在试图分析和使用结果以进行明智的决策时,这引入了大量复杂来源。当在哥特式中排放卷的卷时,必须解决的问题是:结果是深圳风采浮力驱动流的结果,或者在生成“幻象”流之间的子隔室密度之间的数值差异?在尝试使用结果做出深圳风采并告知有关设施的安全运行的信息时,应答这个问题是至关重要的。
根据FAI的核QA计划开发的命运软件,并由能源部(DOE)技术创新奖励,是一种灵活的快速运行代码,能够为流程和设施建模各种工程问题。它旨在模拟设施内的热量和传质,流体流动和气溶胶行为,并从福岛后氢评估到DOE设施安全分析的各种应用中使用。该代码可以模拟常用组件,如热交换器,泵,风扇,滤车火车,阀门,阻尼器,吹出面板,降压器通风口和破裂磁盘。它是一个独立开发的代码,其包含在设施中发生的流动和传热现象的替代模型,这使其成为独立验证从其他模型产生的结果的理想工具。

分析的情况是具有大型热源(柴油发电机,泵,电机等)的设施舱的环境深圳风采,即瞬态温度,其被激活以执行安全功能。在场景中,由于电力损失,假设隔室的所有强制通风都失败了。为了向隔室提供冷却,门被支撑开放,以通过与相对较冷的外部环境通信来提供浮力驱动的流量。以下列表提供了分析中包含的关键建模输入。对于该输入列表,该模型基本相同,但隔室卷Nodalization除外。总隔室体积相同,但哥特式要求舱室储存以最佳地深圳风采隔室中的温度分布和在开放边界条件下的浮力驱动流动,而命运呈现单个隔室体积。


               •隔间楼                    •边界流量面积(支撑开门)
               •环境空气温度               •初始隔间温度
               •初始散热温度         •结构散热器的面积和厚度


图1比较了两种模型深圳风采的隔室中的平均气体温度。命运深圳风采最大室温约为160倍,而哥特深圳风采最大值约为150倍(基于较高温度的亚脱钙化体积)。通常,两种模型都显示出平均气体温度相同的一般趋势。温度的差异主要是归因于在瞬态的初始(门之前)部分的初始(门之前)部分的差异。在原始瞬态分析中,允许主热源(设备)在一段时间内从环境条件增加到全工作温度(线性斜坡)。为方便起见(快速转机)验证模型在此初始时间段期间简单地使用完全工作温度作为边界条件。因此,在瞬态的早期部分期间,预期的简化模型预期深圳风采较高的平均气体温度。在图1中可以看出这种差异,并且在整个瞬态中仍然存在初始差异。值得注意的是,在模拟结束时,恒定的热负荷几乎与原始模型中的固定和可变热负荷几乎相同(大约2%),再次提供了两种模型深圳风采相似热损失的进一步信心通过结构散热器和支撑开门。

图2描绘了通过大结构散热器移动的热波,例如隔室中的混凝土墙。正如预期的那样,结果表明,随着房间气体温度的增加,壁的内表面在温度下开始增加。随着瞬态进展,通过散热器的温度曲线发展。结果表明,温度梯度在24小时分析期间完全渗透到混凝土墙的外部。这与通过大型厚混凝土散热器的热传递的期望保持良好。

图3示出了在支撑开放门上同时发生的单向和逆流流出的流程深圳风采。正如预期的那样,由于问题的浮力驱动性质,边界的流动由反电流流动占主导地位。两种代码之间的处理该流边界条件的处理显着不同。哥特式仅通过交界处模拟单向流动;因此,对于自然对流,需要两个接合点来确保实现了正确的逆流流程。这种情况下的挑战来自指定每个结的正确损耗系数以模拟逆流流。另一方面,命运使用建立和实验验证的反电流流量相关性[Epstein,1988]。流过边界(通过开门)是主导的热损失机制;因此,气温的合理协议(图1)提供了浮力驱动流动的一致结果的信心。原始计算写入不包括细节,例如逆流流过门的强度或墙壁和天花板的热量损失的大小。命运结果提供了热流的详细核算和各种散热路径的相对重要性,并对哥特式计算提供信心。

总之,FAI专家使用独立的工具来验证房间散热结果,并提供最合适的分析准确深圳风采发热,浮力驱动的流动和通过结构散热器的热量损失。这使工程师能够适当地设计安全系统和组件,并支持操作,以便他们可以在非称义条件下提供有关设施的安全操作的明智决策。


参考
     Epstein,M.,1988年,“浮力驱动的交换流过水平分区中的小开口”,“Asme                           热传递杂志,Vol。 110,pp.885-893,11月。

 

有关更多信息,或讨论,请联系Matthew Kennedy,Fauske&Associates,LLC,630-323-8750或 [email protected]

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