Preliminary numerical simulation of the dispersion of chlorine vapour in a mock urban environment for the Jack Rabbit II field trials

Abstract

The release and dispersion of toxic industrial chemicals as a result of accidents, terrorism, or sabotage represent a possible hazard for life and health. Such chemicals are often transported and stored as condensed liquids in pressurised tanks. Accurate modelling capabilities for the release and dispersion of hazardous chemicals are important for emergency preparedness planning, training and exercises. There is, however, a significant knowledge gap and a lack of reliable models. This knowledge gap is partially assumed to be related to a poor understanding of the source modelling, especially for massive releases. In order to address this issue, a series of experiments, Jack Rabbit II, is conducted at Dugway Proving Ground, Utah, USA. The first leg of this series was conducted from August 24 to September 3 2015, in which five releases of five to nine tons of chlorine were conducted. The experimental series is planned to continue in 2016. FFI participated with advanced computational simulations of the release and dispersion of chlorine prior to the experiment in order to assist with the planning of the experimental setup, more specifically to determine the placement of the detectors. This report describes the simulation and gives some preliminary comparisons with the experimental observations. Good qualitative agreement is found between the simulation and the experiments. Initially the vapour is transported symmetrically about the source, and transport of vapour far upwind is seen both in the simulation and the experiments. By contributing to the modelling work group FFI gets access to all the experimental data from these unique experiments, and will utilise this to gain insight about massive releases of pressurized toxic industrial chemicals, and to improve the modelling capabilities for these events. By validating the simulation methodology against experimental results, the same methodology can be used with confidence for other scenarios for which no experimental results exist. These can in turn be used to test and validate faster, operational hazard prediction tools, and furthermore to describe the source terms for these tools. Therefore this work improves the capability of predicting the dispersion and the resulting consequences after a release of hazardous chemicals, for the Defence as well as for the civil society.

Utslipp og spredning av giftige industrikjemikalier som følge av uhell, terror eller sabotasje representerer en fare for liv og helse. Slike kjemikalier transporteres og oppbevares ofte som væsker i trykksatte tanker. En pålitelig modelleringskapabilitet for beregning av utslipp og spredning av kjemiske trusselstoffer er viktig med tanke på beredskapsplanlegging, trening og øvelser. Det er imidlertid et betydelig kunnskapsgap og mangel på pålitelige modeller. Det er antatt at forskjellene blant annet skyldes mangelfull kildemodellering, spesielt for store utslipp. Feltforsøkprogrammet Jack Rabbit II er under utføring ved Dugway Proving Ground, Utah, og skal studere store utslipp av klor. Første del av Jack Rabbit II fant sted i perioden 24. august – 3. september 2015, der totalt fem utslipp med fem til ni tonn klor ble gjennomført. Forsøksserien er planlagt å fortsette sensommeren 2016. FFI deltok i planleggingsfasen av feltforsøkene med avanserte numeriske beregninger, spesielt med tanke på plassering av sensorer. Denne rapporten beskriver disse beregningene og gir også noen foreløpige sammenligninger med observasjoner av utslippene. Det er god kvalitativ overensstemmelse mellom eksperimentene og simuleringen. Gassen blir spredt symmetrisk rundt utslippspunktet og transportert langt oppvind både i eksperimentene og simuleringen. Ved å delta i modelleringsgruppen for Jack Rabbit II, får FFI tilgang til alle dataene fra disse unike eksperimentene, og kan bruke disse til å øke kunnskapen om store utslipp over kort tid av trykk-kondenserte giftige industrikjemikalier, og til å forbedre modelleringskapasitetene for slike hendelser. Ved å validere simuleringsmetodologien med eksperimentelle data, kan vi bruke metodologien til å simulere andre scenarioer der det ikke finnes eksperimentelle data. Dette kan videre brukes for å teste og validere raskere, operasjonelle fareprediksjonsverktøy, samt for å gi gode kildebeskrivelser for disse. Arbeidet er derfor med på å styrke kapabiliteten til å forutsi forløp og konsekvenser fra hendelser med utslipp av kjemiske trusselstoffer, både for Forsvaret og for samfunnet for øvrig