Square-shaped obstacle influence on high-pressure jet: a CFD study

In the context of the process industry, one of the main accident scenarios is the release of gaseous material at high pressure. The present work is part of an extensive study that aims to simulating and evaluating the interaction between high pressure methane jets and obstacles of various shapes, positions, sizes and numbers. In the present work, a squared-shaped obstacle was considered to represent structures that can be easily observed in industrial plants. The study of this interaction is of particular interest for the industrial and process safety, indeed accidental releases of methane represent a significant risk for such contexts due to the magnitude of the possible consequences. The main consequence that is investigated is in relation to the flammability of methane, which is why in this work the lower flammability limit (LFL) is considered. The modeling of the considered scenarios was performed with computational fluid dynamics, a necessary tool to obtain accurate results because it permits to study in depth the interaction between jet and obstacles. In particular, the ANSYS ® suite made it possible to perform simulations and evaluation of the different extension of the LFL in different scenarios, in which the variation are: the distance of the obstacle from the point of release; the height of the release point; the rotation of the obstacle and the roughness of the obstacle.

Nell'ambito dell'industria di processo, uno dei principali scenari incidentali è il rilascio di materiale gassoso ad alta pressione. Il presente lavoro fa parte di un ampio studio che mira a simulare e valutare l'interazione tra getti di metano ad alta pressione e ostacoli di varie forme, posizioni, dimensioni e numero. Nel presente lavoro si è considerato un ostacolo di forma squadrata per rappresentare strutture facilmente osservabili negli impianti industriali. Lo studio di questa interazione è di particolare interesse per la sicurezza industriale e di processo, infatti i rilasci accidentali di metano rappresentano un rischio significativo per tali contesti a causa dell'entità delle possibili conseguenze. La conseguenza principale che viene indagata è in relazione all'infiammabilità del metano, motivo per cui in questo lavoro viene considerato il limite inferiore di infiammabilità (LFL). La modellazione degli scenari considerati è stata eseguita con la fluidodinamica computazionale, uno strumento necessario per ottenere risultati accurati perché permette di studiare in profondità l'interazione tra getto e ostacoli. In particolare, la suite ANSYS ® ha permesso di effettuare simulazioni e valutazioni della diversa estensione dell'LFL in diversi scenari, in cui le variazioni sono: la distanza dell'ostacolo dal punto di rilascio; l'altezza del punto di rilascio; la rotazione dell'ostacolo e la scabrezza dell'ostacolo.