Orientador: Sávio Souza Venâncio Vianna

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Na Análise de Risco de Explosão (Explosion Risk Analysis - ERA), os cálculos de ventilação e dispersão usando a Dinâmica dos Fluidos Computacional (Computational Fluid Dynamics - CFD) são geralmente considerados quando o nível de confinamento não pode ser negligenciado. Na medida em que a...

Resumo: Na Análise de Risco de Explosão (Explosion Risk Analysis - ERA), os cálculos de ventilação e dispersão usando a Dinâmica dos Fluidos Computacional (Computational Fluid Dynamics - CFD) são geralmente considerados quando o nível de confinamento não pode ser negligenciado. Na medida em que a análise de dispersão é considerada, abordagens alternativas são procuradas quando um grande número de simulações é necessário. Definir muitos cenários e simular todos eles nem sempre é adequado dentro do período de tempo do projeto de engenharia real. Como resultado, modelos de dispersão semi-empíricos e vários procedimentos baseados em abordagens estatísticas usando CFD foram propostos para melhorar a robustez e a precisão da previsão do volume da nuvem de gás inflamável. Além do Método de Superfície de Resposta (Response Surface Methodology - RSM) e do Método de Nuvem Congelada (Frozen Cloud Approach - FCA), é conveniente abordar o problema da dispersão com base na física subjacente à dispersão de um escalar na área dos processos químicos. Seguindo essa linha de raciocínio, foram introduzidos dois modelos matemáticos que predizem a dinâmica de nuvens acidentais depois de vazamentos accidentais de metano. Verificou-se que a nuvem inflamável adimensional estava relacionada à taxa de vazamento acidental, velocidade do vento e do fluido, por meio do equilíbrio entre o momento de liberação e o fluxo do vento convectivo. Resultados numéricos sugeriram uma forma de onda senoidal praticamente alinhada com a função seno cosseno, assim como no círculo trigonométrico. Esta observação está de acordo com a rosa dos ventos a partir de dados meteorológicos. Os modelos matemáticos propostos concordaram muito bem com os dados numéricos calculados usando a dinâmica computacional dos fluidos para certas condições de vento. Finalmente, um caso de estudo considerando o método de Monte Carlo observou-se uma boa aplicação dos modelos desenvolvidos

Abstract: In Explosion Risk Analysis (ERA), ventilation and dispersion calculations using Computational Fluid Dynamics (CFD) are usually considered when the level of confinement and congestion cannot be neglected. As far as the dispersion analysis is considered, alternative approaches are sought...

Abstract: In Explosion Risk Analysis (ERA), ventilation and dispersion calculations using Computational Fluid Dynamics (CFD) are usually considered when the level of confinement and congestion cannot be neglected. As far as the dispersion analysis is considered, alternative approaches are sought when a large number of simulations is required. Setting many scenarios and simulate them all is not always suitable within the timeframe of real engineering design. As a result, semi-empirical dispersion models and several procedures based on statistical approaches using CFD have been proposed to improve the robustness and the accuracy of prediction of the flammable gas cloud volume. Notwithstanding, the use of Response Surface Method (RSM) and Frozen Cloud Approach (FCA), it is convenient to address the problem on the basis of the physics underlying the dispersion of a scalar in the chemical process area. Following this line of reasoning, two mathematical models were introduced for the prediction of accidental flammable clouds after methane releases. It has been found that the dimensionless flammable cloud was related to the accidental leak rate, wind speed, and fluid by means of the balance between the release momentum and the convective wind flow. Numerical findings suggested a sinusoidal waveform pretty much in line with sine-cosine function as in the trigonometric circle. This observation goes in line with the wind rose from meteorological data. The proposed mathematical models agreed very well with numerical data calculated using computational fluid dynamics at certain wind conditions. Finally, one case of study considering Monte Carlo method was used for the application of the proposed model

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