25726

شبيه سازي CFD تاثير هندسه بر رفتار انفجار در تاسيسات فرآيندي (مقياس كوچك )

دكترا

مهندسي شيمي- مهندسي شيمي پيشرفته

1390

1399/8/28

نورالله كثيري بيدهندي

سيد حسن هاشم آبادي

دانشكده مهندسي شيمي، نفت و گاز

مقوله انفجار در كارخانجات صنعتي و ارزيابي كمي و محاسبه تبعات و اثرات آن بر افراد و تجهيزات همواره با توجه به پيچيده بودن اين پديده فيزيكي براي متخصصين و كارشناسان از اهميت بسزايي برخوردار بوده است. در اين مرحله عموما توجهي به مطالعات ديناميك سيالات محاسباتي نميگردد. در اين حوزه نيازمند يك طراحي وتخمين سريع از موج انفجار به عنوان يكي از فاكتورهاي اصلي در جانمايي بهينه در تاسيسات ميباشيم. بديهي است در زمان طراحي تاسيسات، بكارگيري مطالعات ديناميك سيالات محاسباتي بسيار وقت گير بوده و در صورت انجام نيز نتايج حاصله بدليل فقدان برخي اطلاعات پايه قابل اتكاء نخواهد بود و در اين راستا لزوما نميتوان گزينه هاي مختلف را براي طراحي مناسب آنها بررسي نمود. در اين مسير با بكار گيري مدلهاي احتراق و انفجار در چندين نمونه هندسي ساده در مقياس كوچك كه داراي داده ها و نتايج آزمايشگاهي معتبر ميباشند به بررسي مدلهاي مربوط به انفجار ميپردازيم. سپس با انتخاب مدلهاي تاييد شده انفجار كه از نقطه نظر دقت و صحت شبيه سازي متناسب با حجم و تعداد شبيه سازي هاي مورد نياز بوده و بهينه باشند، نسبت به توسعه و تنوع در نمونه ها ي هندسه هاي مربوطه در مقياس كوچك اقدام مينماييم. نتايج اين پژوهشي حاكي از آن است، استفاده از روش ودر اين مسير، بكارگيري مدلهاي اغتشاش گردابه هاي بزرگ و احتراق پيش آميخته با كمك روابط چگالي CFD سطحي شعله زيمونت و چارلت، الگوهاي مناسبي براي پيش بيني رفتار انفجار و محاسبه دقيق بيشينه فشاري ناشي از آن در مقياس كوچك ميباشند. ضمن آنكه رابطه رياضي بي بعد ارايه شده بر اساس برازش داده ها نشان ميدهد بيشنينه فشاري ناشي از انفجار به صورت نمايي نسبت مستقيم با جنس و چگالي توده گاز در قالب پارامتري تحت عنوان ضريب انتشار شعله، حجم توده گاز در قالب ضريب پرشدگي، ضرايب انسداد حجمي و ميزان تجمع موانع و ضرايب محدوديت مرزي داشته و با ضريب كرويت موانع نيز نسبت نمايي معكوس دارد. بيشترين تاثير در بين پارامترهاي فيزيكي و هندسي بر روي بيشينه فشاري انفجار مربوط به جنس و چگالي توده گاز بصورت نمايي با ضريب 1520 در توان نمايي تابع و كمترين تاثير نيز مربوط به ضريب پرشدگي گاز با ضريب 1.7 در توان تابع نمايي ميباشد.

1400/09/28

Effects of Geometry on Explosion behavior at Process Facilities by Using CFD Simulation (Small Scale)

11/19/2021 12:00:00 AM

Explosion phenomena and quantitative consequence modeling in process industries, were always important issue for specialists, of course because of complexity of explosion phenomena. Usually, at this step computational fluid dynamic simulation, is not used. In this area, we need fast and reliable design for estimation of overpressure value in order to layout optimization. We know that using CFD during facility design is time consuming and also will not be reliable because of shortage in some principal data. So, different choices can't be investigated. At this thesis by using different explosion model in some geometries sample, validity of model will be checked in small scale. The models and results are compared with experimental data and published papers. Then, we used approved explosion models in different geometry, physical and chemical properties & conditions. Research finding show that Large eddy scale and premixed combustion are suitable turbulence and explosion model, respectively. In this way using flame surface density model based on Charlette & Zimont are reliable method for calculation of explosion overpressure. Meanwhile mathematical dimensionless formula based on non-regression analysis shows that maximum explosion overpressure has direct proportional to gas type, volume blockage ratio, confinement ratio, filling degree of gas and inverse proportional to sphericity coefficient of barriers with exponential function. Maximum effect on explosion overpressure belongs to gas type with coefficient of 1520 & minimum effect is related to filling degree of gas by the coefficient 1.7, both in power of exponential function.