Studio dell'interazione tra un getto ad alta pressione e ostacoli cilindrici in serie mediante CFD

This thesis’ work is part of a bigger line of research that focuses on the analysis of the interactions between a high-pressure flammable gaseous jet and several generic obstacles of varying shapes, dimensions, and numbers. Specifically, the studied obstacles are horizontal and vertical cylinders positioned in a series arrangement. The presence of obstacles that can change the shape and maximum axial extension of the free jet is of particular interest when it comes to industrial and process safety, since, in the case of an incidental event, consequences are directly proportional to the axial extension of the flammable mixture. Nevertheless, the modeling of such consequences is not easy, since simpler models, like the gaussian or integral model, are not capable of considering the presence of obstacles with satisfying outcomes. Consequentially, the usage of Computational Fluid Dynamic models (CFD) is needed, although it will require a noticeable amount of time and energy to utilize them properly. It is necessary to find the ideal approach to reach rigorous and precise results that can meet industrial needs, with the objective to define the limits of how much the incidental scenario can be simplified without losing its significance. Through the software ANSYS®, our task is to analyze various configurations of the horizontal and vertical cylinders positioned in a series arrangement, process with which we aim to identify the geometrical parameters that manage to modify the maximum axial extension of the lower flammable limit (LFL) of the high-pressure flammable gaseous jet.

Questo lavoro si inserisce all’interno di un filone di ricerca che si propone di analizzare l’interazione tra un getto infiammabile ad alta pressione e dei generici ostacoli, diversi per forma, dimensione e numero. Nello specifico, in questo lavoro ci si è focalizzati su cilindri orizzontali e verticali posti in serie. Infatti, la presenza di ostacoli in grado di modificare la forma e l’estensione del getto libero è particolarmente interessante dal punto di vista della sicurezza di processo in quanto, in caso di evento incidentale, le conseguenze dello stesso saranno tanto più significative quanto maggiore sarà l’estensione della miscela infiammabile. Tuttavia, la modellazione di tali conseguenze non è scontata, in quanto sia i modelli gaussiani che i modelli integrali non sono in grado di considerare in modo soddisfacente la presenza di ostacoli. Per questo motivo occorre rivolgersi alla fluidodinamica computazionale (CFD), che però presuppone un notevole dispendio di tempo ed energie. Per conciliare un approccio che sia il più possibile preciso e rigoroso con le esigenze industriali, occorre quindi capire fino a che punto è possibile spingersi con la semplificazione dello scenario incidentale senza perdere la significatività dei risultati. Lo scopo di questo lavoro è quello di analizzare tramite il pacchetto software ANSYS® diverse configurazioni di cilindri orizzontali e verticali posti in serie per definire i parametri geometrici in grado di modificare la massima estensione del limite inferiore di infiammabilità (LFL) di un getto infiammabile ad alta pressione.