Strahlungs-gasdynamisches Zweikomponentenmodell eines turbulenten Feuerballes

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Strahlungs-gasdynamisches Zweikomponentenmodell eines turbulenten Feuerballes

Surzikov, S.T.

Bei der Entwicklung von Notfallrettungssystemen für Astronauten oder Nutzlast im Falle der Explosion einer Rakete müssen Informationen über die Hauptverletzungsfaktoren einer solchen Explosion und über die Entfernungen vom Unfallort vorliegen, bei denen die Wirkung dieser Faktoren ungefährlich ist. In experimentellen Untersuchungen der Folgen einer Explosion unterschiedlicher Raketentreibstoffe wurde festgestellt, daß bei einer Zerstörung der Treibstoffbehältertrennwände oder beim Auslaufen von Treibstoffkomponenten in der Startposition an einer Explosion nur ein kleiner Teil der Masse der Treibstoffkomponenten von annähernd 1 % beteiligt ist. Der Hauptteil des Treibstoffes verbrennt, verdampft und vermischt sich mit dem Umgebungsmedium. Dieser Prozeß dauert ungefähr 10 - 20 s; die sich dabei bildende Gemischwolke aus Raketentreibstoffkomponenten und Luft wird als Feuerball bezeichnet. Vorgestellt wird ein zweidimensionales Modell für die Berechnung der Dynamik eines strahlenden, turbulenten Feuerballes, der sich bei der Havarieexplosion einer Rakete in der Startposition oder im Fluge bilden kann. Das Modell basiert auf dem Gleichungssystem von Navier-Stokes, auf der Zweikomponentendiffusion der Explosionsprodukte (Wasserdämpfe) in der Umgebungsluft und auf dem Mehrgruppensystem der Wärmestrahlungstransportgleichung. Untersucht wurde die Möglichkeit der Nutzung von drei Modellen der turbulenten Durchmischung: Prandtl-Modell, Modell von Penner-Haselman-Edwards, kappa-epsilon-Modell von Launder-Spalding.