MODITIC - Reynolds-averaged Navier-Stokes simulations of dense gas dispersion in urban environments

Abstract

The European Defence Agency (EDA) project B-1097-ESM4-GP “MOdelling the DIspersion of Toxic Industrial Chemicals in urban environments” (MODITIC) (2012 – 2016) has studied the release and transport of neutral and non-neutral chemicals in complex urban environments, in order to enhance the understanding of the dominating physical processes involved, and to support improvements in modelling techniques. This report describes the work conducted using the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) approach to simulate release and dispersion of neutral and dense gas in geometries with increasing complexity. The main purpose of the study is to assess the used software’s ability to handle realistic atmospheric conditions and release of dense gas for urban environments by validating the results against wind tunnel data. The simulations reported in WE5200 have been performed by the Direction Générale de l’Armement (DGA) and the Swedish Defence Research Agency (FOI) using two different solvers: Code Saturne and PHOENICS. The results show that the models used capture the flow: simulated turbulence levels and flow directions are mainly in line with the findings from the experiment. The comparison of the neutral release shows for both models that they can capture the mean flow and turbulence. However, the result for the dense gas release indicates that the buoyant effects are only partially captured. A possible improvement would consist in using low-Reynolds models and more refined meshes in stratified regions to better capture the boundary layer and the dense plume edge gradients.

European Defence Agency-prosjektet B-1097-ESM4-GP MODITIC (MOdelling the DIspersion of Toxic Industrial Chemicals in urban environments) (2012 – 2016) har 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. Denne rapporten beskriver arbeidet som er utført ved hjelp av metoden unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) for å simulere utslipp og spredning av nøytral og tung gass i geometrier med økende kompleksitet. Hovedformålet med studien er å vurdere de brukte programvarenes kapasitet til å håndtere realistiske atmosfæriske forhold og utslipp av tung gass for urbane miljøer ved å validere resultatene mot vindtunnel data. Simuleringene rapportert i WE5200 har blitt utført av det franske Direction Générale de l’Armement (DGA) og det svenske Totalförsvarets forskningsinstitut (FOI) ved hjelp av to forskjellige løsere: Code Saturne og PHOENICS. Resultatene viser at modellene som brukes lykkes i å predikere strømmen: turbulensnivå og strømningsretninger er i hovedsak i tråd med funnene fra eksperimentene. Sammenligningen av det nøytrale utslippet viser at begge modellene kan fange middelstrømmen og middelturbulensen. Utslippet av tung gass tyder imidlertid på at oppdriftseffekter bare delvis fanges opp. En mulig forbedring ville bestå i å bruke lave Reynolds modeller og et finere oppløst beregningsnett i de stratifiserte regionene for å fange opp grensesjiktet og gradientene i kanten av den tunge gassen på en bedre måte.