umu.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Modeling and implementation of dense gas effects in a Lagrangian dispersion model
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Department of Physics.
2015 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Modellering och implementering av tunggaseffekter i en Lagrangiansk spridningsmodell (Swedish)
Abstract [en]

The use of hazardous toxic substances is very common in the industrial sector. The substances are often stored in tanks in storage compartments or transported between industrial premises. In case of an accident involving these substances, severe harm can affect both population and the environment. This leaves a demand for an accurate prediction of the substance concentration distribution to mitigate the risks as much as possible and in advance create suitable safety measures. Toxic gases and vapors are often denser than air making it affected by negative buoyancy forces. This will make the gas descend and spread horizontally when reaching the ground.

Swedish Defence Research Agency (FOI) carries today a model called LillPello for simulating the dispersion of gases, yet it does not account for the specific case of a dense gas. Therefore, this thesis aims to implement the necessary effects needed to accurately simulate the dispersion of a dense gas. These effects were implemented in Fortran 90 by solving five conservation equations for energy, momentum (vertical and horizontal) and mass. The model was compared against experimental data of a leak of ammonia (NH3).

By analyzing the result of the simulations in this thesis, we can conclude that the overall result is satisfactory. We can notice a small concentration underestimation at all measurement points and the model produced a concentration power law coefficient which lands inside the expected range. Two out of the three statistical quantities Geometric Mean (MG), Geometric Variance (VG) and Factor of 2 (FA2) produced values within the ranges of acceptable values. The drawback of the model as it is implemented today is its efficiency, so the main priority for the future of this thesis is to improve this. The model should also be analyzed on more experiments to further validate its accuracy.

Abstract [sv]

Användandet av giftiga ämnen är vanligt inom den industriella sektorn. Ämnena är oftast lagrade i behållare positionerade i lagringsutrymmen eller så transporteras ämnena mellan industrilokaler. I samband med en olycka innehållande dessa substanser kan stora skador drabba både befolkning och miljön. Detta leder till ett behov av att noggrant kunna förutspå koncentrationsfördelningen för att minska riskerna, samt i förväg kunna skapa lämpliga säkerhetsåtgärder. Giftiga gaser och ångor är oftast tyngre än luft vilket gör att gasen blir påverkad av negativ bärkraft. Detta gör att gasen sjunker och sprids horisontalt när den når marken.

Totalförsvarets Forskningsinstitut (FOI) besitter idag en modell kallad LillPello som simulerar spridning av gaser, men den hanterar inte det specifika fallet av en tunggas. Därför siktar detta projekt på att, in i LillPello, implementera de nödvändiga effekterna som behövs för att korrekt kunna simulera spridningen av en tunggas. Dessa effekter är implementerad i Fortran 90 genom att lösa fem konserveringsekvationer för energi, momentum (vertikal och horisontell) samt massa. Modellen jämfördes mot data från ett fältexperiment där ammoniak (NH3) släpptes ut.

Genom att analysera resultatet från simuleringar kan vi dra slutsatsen att det övergripande resultatet är tillfredsställande. Vi kan notera en underskattning för alla koncentrationsmätningar i simuleringarna och modellen producerade en potenslagsexponent vars värde hamnade innanför den accepterade gränsen. Två utav de tre beräknade statistiska kvantiteterna: Geometriskt medelvärde (MG), Geometrisk varians (VG) och Faktor av 2 (FA2) producerade värden inom de acceptabla gränserna. Största nackdelen med modellen är dess effektivitet och därför är största prioritet för det fortsatta arbetet inom detta projekt att effektivisera implementeringen. Modellen ska även bli vidare analyserad mot fler experiment för att validera dess noggrannhet.

Place, publisher, year, edition, pages
2015. , 48 p.
Keyword [en]
Dense gas, Lagrangian dispersion model, Langevin equation, Stochastic modeling, Accidental releases
National Category
Meteorology and Atmospheric Sciences Other Physics Topics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-105203OAI: oai:DiVA.org:umu-105203DiVA: diva2:824013
External cooperation
Totalförsvarets forskningsinstitut (FOI)
Subject / course
Examensarbete i teknisk fysik
Educational program
Master of Science Programme in Engineering Physics
Presentation
2015-06-12, NA332, 10:00 (Swedish)
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-06-23 Created: 2015-06-19 Last updated: 2015-06-23Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1266 kB)247 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1266 kBChecksum SHA-512
a887527ea5c08fae670a6451be6973b77673e53f35a0810ea8a08f33c0a32379040e22c466595028be33f029b53b4192205a7595590c65a9f2af0be92badcc63
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Physics
Meteorology and Atmospheric SciencesOther Physics Topics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 247 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 1535 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf