Analýza zatížení stavebních konstrukcí vystavených účinkům působení vzdušných tlakových vln

Miroslav Mynarz

Doctoral thesis

Analysis of Actions on Structures Subjected to Air Pressure Waves

Abstract:

MYNARZ, M., Analýza zatížení stavebních konstrukcí vystavených účinkům působení vzdušných tlakových vln, Ostrava, 2017, 142 s., Disertační práce. VŠB – Technická univerzita Ostrava, Fakulta stavební, Vedoucí práce: doc. Ing. Jiří Brožovský, Ph.D. Disertační práce se zabývá experimentálními a matematickými metodami stanovení základních výbuchových parametrů plynných směsí. Cílem práce je analyzovat parametry vzdušných tlakových vln generovaných deflagrační přeměnou metanovzdušné směsi za podmínek procesu odlehčení. Práce si rovněž klade za cíl vyhodnotit výstižnost výpočetních postupů pro modelování odlehčených výbuchových dějů na základě srovnání s výsledky realizovaných experimentálních měření. V teoretické části práce je zhodnocen aktuální stav problematiky a je proveden rozbor současných poznatků z oblasti teorie výbuchů, hoření a působení vzdušných tlakových vln. Teoretická část práce se dále zabývá metodami a postupy modelování výbuchových dějů plynných směsí. V experimentální části práce je proveden popis navržené experimentální sestavy a metodiky realizovaných měření. Značná část kapitoly je věnována faktorům ovlivňujícím samotný výbuch a výbuchové parametry. Výsledky z experimentálních měření jsou detailně interpretovány a porovnány s dílčími poznatky studií jiných pracovišť. Analytická část práce se zabývá problematikou aplikace predikčních modelů pro stanovení vybraných výbuchových parametrů, zejména redukovaného výbuchového tlaku. Predikční modely jsou aplikovány na parametry navrženého zkušebního zařízení a následně jsou výsledky predikce srovnány s experimentálně získanými daty. V závěru této části práce jsou jednotlivé predikční modely porovnány z hlediska jejich uplatnitelnosti pro konkrétní podmínky experimentálního zařízení. Závěrečná část práce se zabývá problematikou numerických simulací výbuchových dějů. V rámci prováděných simulací je využíván software FLACS, který je založený na výpočetní dynamice tekutin (CFD). Výsledky získané ze sestaveného trojrozměrného numerického modelu zkušebního zařízení variabilní výbuchové komory jsou srovnány s výsledky z provedených experimentů. V závěru práce je provedeno shrnutí dosažených výsledků a poznatků získaných z aplikovaných vědeckých metod.

Abstract:

MYNARZ, M., Analysis of Actions on Structures Subjected to Air Pressure Waves, Ostrava, 2017, 142 p., Ph.D. thesis. VŠB – Technical University of Ostrava, Faculty of Civil Engineering, Thesis supervisor: doc. Ing. Jiří Brožovský, Ph.D. The submitted dissertation is concerned with experimental and mathematical methods for determination of basic explosion parameters of gas mixtures. The aim of the dissertation is to analyse the parameters of air pressure waves generated by deflagration transformation of methane-air mixture in terms of venting process. This work also proposes to evaluate the cogency of computational procedures for modelling of venting deflagration based on the comparison with the results of realised experimental measuring. The theoretical part of the dissertation reviews the state of the art of the issue and current knowledge on theory of deflagration, combustion and air pressure waves is analysed. Furthermore, methods and processes for modelling of gas mixtures explosions are dealt. The experimental part of the submitted work describes the designed experimental setup and methodology of realised measurements. Considerable part of the chapter follows the factors influencing the deflagration itself and the explosion parameters. The results of experimental measurements were interpreted in detail and compared to particular findings of other workplaces. The analytical part of the dissertation deals with application of prediction models for determination of chosen explosion parameters, mainly reduced explosion pressure. Prediction models are applied to parameters of the designed experimental setup and afterwards the prediction results are compared to the experimental results. Finally, particular prediction models are compared according to their applicability for concrete conditions of the experimental setup. The final part of the dissertation is concerned with numerical simulations of deflagration processes. Within the simulations FLACS software is used. It is based on the computational fluid dynamics (CFD). The results obtained from created 3D numerical model of the experimental setup of the variable explosion chamber are compared to the results of realised experiments. At the conclusion of the submitted work, the achieved results and findings obtained from the applied science methods are summarized.

Keywords

stavební konstrukce, odlehčený výbuch, mimořádná zatížení, výbuchová komora, metan, FLACS

Keywords

building structures, venting deflagration, accidental actions, explosion chambre, methane, FLACS

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 2. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 26. 10. 2017
• Supervisor: Jiří Brožovský
• Reader: Eva Hrubešová, Juraj Králik, Kazimierz Lebecki

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta stavební

Doctoral programme / field:
Stavební inženýrství / Teorie konstrukcí