Uçucu yanıcı gazların birikme davranışının hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonu yöntemiyle incelenmesi
Inestigation of the accumulating behaviors of volatile flammable gases by computational fluid dynamics simulation method
Yazar: FIRAT CELEP
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN COŞKUN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Yangın ve Yangın Güvenliği Anabilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Hayatımızın her alanında kullandığımız gazların birçok tehlikesi bulunmaktadır.
Gazlar özelliklerine göre zehirleyici, yanıcı/patlayıcı ve boğucu etkileri
bulunmaktadır. Kullanım alanları oldukça geniş olup başlıca Dolum ve Dağıtım
Tesisleri, Doğalgaz Santralleri, Petrol Rafinerileri, Trafo Merkezleri ve
İmalathaneleri, Akaryakıt İstasyonları kimyasal sanayi gibi en çok endüstride
kullanılır. Günlük yaşam alanlarımızda doğalgaz, tüp gaz olarak mutfak ve
salonlarımıza kadar girmiş durumdadır. Bu gazların tehlikelerinden korunmak için
farklı yöntemler kullanılır. En yaygın olanı gaz kaça durumlarında erken uyarı
sistemleridir. Bu kullanılan yöntemlerin etkinliği muhtemel tehlikeye neden olacak
gazın davranışını bilmekten geçer. Yanlış alınan önlemler etkisiz kalacak olup sonuç
vermeyip tehlikeli durum yaratabilir. Bundan dolayı risk yaratacak gazın nerde nasıl
birikeceği nasıl davranacağı bilinmelidir. Bu davranış özellikleri yanı sıra gazın
bulunduğu fiziksel ortamda önem arz etmektedir. Bu çalışmada patlayıcı gaz özelinde
incelenmiştir. Patlayıcı gazlar, havadan ağır ve havadan hafif olmak üzere ikiye
ayrılmaktadır. Bu nedenle gazın türüne ve yoğunluğuna göre kapalı bir mekandaki
gazın dağılımı da farklılık göstermektedir. Gaz kaçaklarının tespitinde, gazın türüne
göre çeşitli gaz dedektörleri kullanılır. Gaz tespitinde kullanılan sistemler için en
önemli nokta gaz dedektörlerinin konumlarıdır. Doğru konumlandırılan dedektörler
yardımı ile gaz kaçakları ölçülerek erken önlem alınılabilir. Gaz dedektörün konumu
gazın türüne, yoğunluğuna ve mekânın fiziksel yapısına göre değişiklik gösterip
algılanmak istenilen gazın türüne bağlıdır. Gaz kaçaklarının erken tespiti maddimanevi
zararları en aza indirmekte ve ölümlü kaza risklerini azaltmaktadır. Bu
çalışmada uçucu-yanıcı gazların birikme davranışı hesaplamalı akışkanlar dinamiği
simülasyonu yöntemi kullanılarak Metan gazı örnek için izlenmiştir. Kapalı bir kabin
içerisinde farklı yüksekliklerde tavana yakın 8 okuma noktası tanımlanıp bu okuma
noktaları yaklaşık 10cm aralıklarla yerleştirilmiştir. Kapalı alan oda, okuma noktaları
ise gaz dedektörleri olarak tanımlanmıştır. Odanın alt bölgesinden ortama Metan gazı
verilerek modelleme yapılmıştır. Oluşturulan kabin ve gaz dedektörleri 3-boyutlu
Solidworks programı kullanarak hazırlanmıştır. FDS yazılımı ile bilgisayar ortamında
senaryo oluşturulmuş ve modelleme için PyroSim programı kullanılmıştır. Elde edilen
veriler Smokeview programı ile çözümlenmiştir. Bu çalışmadan elde edilen bulgular,
tavana en yakın gaz dedektörünün metan gazinin en erken tespit ettiğini göstermiştir.

Abstract:
The gases we use in all areas of our lives have many dangers. Depending on the
properties of the gases, they can be toxic, flammable/explosive and suffocating. Its
usage areas are quite wide. It is mostly used in sectors such as Filling and Distribution
Facilities, Natural Gas Power Plants, Oil Refineries, Transformer Stations and
Workshops, Fuel Stations, Chemical Industry. In our daily living spaces, natural gas
entered our kitchens and living rooms as LNG. Different methods are used to protect
from the dangers of these gases. The most common are early warning systems in the
event of a gas leak. The effectiveness of these methods used depends on knowing the
behavior of the gas that will cause the potential hazard. Incorrect measures can be
ineffective, ineffective and create a dangerous situation. For this reason, it should be
known where the gas that will pose a risk will accumulate and how it will behave. In
addition to these behavioral characteristics, the physical environment of the gas is also
important. In this study, especially explosive gas was investigated. Explosive gases
have been classified as heavier-than-air and lighter-than-air. Therefore, the distribution
of a gas in a closed space varies according to the type and density of the gas. Various
gas detectors depending on a gas type are used to detect gas leaks. The most important
point for a gas detection system is location of the gas detectors. Early measures can be
taken by measuring gas leaks with the help of correctly positioned gas detectors. The
location of the gas detector varies according to the type of gas, its density and the
physical structure of the space and depends on the type of gas, desired to be detected.
Early detection of gas leaks minimizes material and moral damages and reduces the
risk of fatal accidents. In this study, the accumulation behavior of volatile-combustible
gases was monitored using the computational fluid dynamics simulation method for
the methane gas sample. Eight measurement points at different heights are defined in
a closed cabinet. The closed area is defined as a room and the measuring points are
defined as gas detectors. The closet cabin was created, and gas detectors were prepared
using the 3-dimensional Solidworks software. A scenario was created in computer
environment with FDS software and PyroSim was used for modelling. Obtained data
was analyzed with help of the Smokeview software. Our findings showed that the gas
detector closest to the ceiling detected methane gas the earliest.