Studio dell'interazione tra un getto ad alta pressione e serbatoi orizzontali mediante CFD

This Thesis is part of a research field whose objective is the analysis of the interaction between a high-pressure flammable jet and different types of obstacles. Specifically, in this work, we focused on obstacles of cylindrical geometry, either single or in pairs, positioned at different distances from the point where the release takes place, impacted by a jet placed at different heights from the ground. The presence of obstacles along the path of the jet is able to modify its shape and extension, representing an area of considerable interest with regard to the process safety in the event of incidental circumstances. The consequences of the event will be all the more considerable the greater the extent of the flammable mixture. The use of computational fluid dynamics (CFD) is necessary to create models of incidental scenarios of this nature, since using Gaussian or integral dispersion models does not allow to detect the presence of obstacles. The main problem related to CFD is the time needed to complete the simulations of the incidental scenarios; in order to reconcile precision and accuracy in the simulation of events with the temporal and material needs of the industry, the degree of simplification, that can be achieved without the results losing their significance, should be assessed. Through the ANSYS software it was possible to evaluate different configurations of horizontal cylinders placed in series, for the purpose of identifying the geometric parameters that cause a variation of the maximum extension of the lower limit of flammability (LFL) of a high-pressure flammable jet.

Questa tesi si inserisce all’interno di un indirizzo di ricerca il cui obiettivo è l’analisi dell’interazione tra un getto infiammabile ad alta pressione e diverse tipologie di ostacoli. Nello specifico, in questo lavoro ci si è focalizzati su ostacoli di geometria cilindrica, singoli o in coppia, posizionati a diverse distanze dal punto in cui avviene il rilascio, impattati da un getto posto a diverse altezze rispetto al suolo. La presenza di ostacoli lungo il percorso del getto è in grado di modificarne la forma e l’estensione, rappresentando un ambito di notevole interesse per quanto riguarda la sicurezza di processo in caso di eventi di tipo incidentale. Le conseguenze dell’evento saranno infatti tanto più considerevoli quanto maggiore sarà l’estensione della miscela infiammabile. Per la modellazione di scenari incidentali di questa natura risulta necessario l’utilizzo della fluidodinamica computazionale (CFD), in quanto l’utilizzo di modelli di dispersione di tipo gaussiano o integrale non permette di evidenziare in maniera soddisfacente la presenza degli ostacoli. Il principale problema legato alla CFD è il tempo necessario al completamento delle simulazioni degli scenari incidentali; al fine di conciliare precisione e accuratezza nella simulazione degli eventi con le esigenze temporali e materiali dell’ambito industriale, occorre valutare quale sia il grado di semplificazione che può essere raggiunto senza che i risultati ottenuti perdano significato. Attraverso il software ANSYS è stato possibile valutare diverse configurazioni di cilindri orizzontali posti in serie, così da individuare i parametri geometrici che causano una variazione della massima estensione del limite inferiore di infiammabilità (LFL) di un getto infiammabile ad alta pressione posto ad altezza variabile rispetto al suolo.