Escalating fire scenarios: a comprehensive approach to the use of CFD tools

The dissertation purpose is to investigate the current limitations in the use of CFD models in risk assessments of fire hazards. Section I is an overview of the importance of the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) in risk assessments. In Section II, tunnel fires have been studied. Tunnel fires usually present the peculiarity of involving very large scenarios and non-trivial physical phenomena. Moreover, the risk assessment for tunnel fires commonly involves a great number of different scenarios. In Section III, the CFD modelling of jet fires was introduced. The difficulties in jet fire modelling lie mostly in the computational cost of detailed, time depending reactive simulations. Therefore, the use of simplified CFD models is required. In Section IV the modelling of the dispersion pattern of flammables has been studied to address the problem of flash fire risk assessments. Simplified method to model complex underexpanded jets are evaluated. In Section V an overview of results and future developments is reported.

Lo scopo di questa tesi è stato quello di investigare le limitazioni all’uso della fluidodinamica computazionale (CFD) nelle valutazioni di rischio di scenari incidentali in presenza di incendi. Nella Sezione I viene riportato una visione generale dell’importanza di utilizzare la CFD nelle pratiche di analisi di rischio e modellazione delle conseguenze. In Sezione II vengono studiati gli incedi in galleria. Questo genere di incendi è caratterizzato da domini molto estesi e interazioni fisiche complesse. Problema aggiuntivo di questi scenari è che richiedono un elevato numero di simulazioni per effettuare un’analisi di rischio completa. Nella Sezione III si affronta la modellazione CFD del fenomeno del jet fire. L’elevato costo computazionale di simulazioni che evolvono nel tempo con cinetiche di combustione dettagliete è il principale problema nell’uso della CFD. Il ricorso a modelli semplificati è quindi necessario. Nella Sezione IV, si studia la modellazione dei rilasci di gas infiammabili in relazione al rischio di fenomeni di flash fire. Si effettua una valutazione delle performance di alcuni modelli CFD semplficati per la simulazione di getti sottoespansi. In Sezione V sono riportate conclusioni e sviluppi futuri.