بخشی از مقاله
چکیده
در این پروژه شبیه سازی انفجار مخلوط متان-هوا در لوله ای که دارای 10 متر طول، 2/5 متر قطر و حجم 49/1 m3 است، صورت گرفته است. پس از شبیه سازی بوسیله ی دینامیک سیالات محاسباتی و مقایسه با داده های آزمایشگاهی از سایت رافوس در نروژ تأثیر موانع با تغییر اندازه و فاصله ی آن ها از هم روی انتشار شعله و افزایش فشار متجاوز بررسی شده است.
شبیه سازی های انجام شده بوسیله ی CFD نشان می دهد که دینامیک سیالات محاسباتی ابزاری مناسب برای شبیه سازی انفجار مخلوط سوخت-هوا در محیط های مانع دار می باشد. برای 5 اریفیس با افزایش نسبت انسداد از 0/3 به 0/5 میانگین افزایش فشار بوسیله انتشار شعله در سه قسمت ابتدا، وسط و انتهای لوله از 3/13 به 4/7 بار افزایش می یابد. در نتیجه گسترش موانع و پارامتر نسبت انسداد تأثیر مستقیمی بر فشار متجاوز خواهد داشت.
-1 مقدمه
انفجار گاز به علت وقوع در صنایع مختلف شیمیایی، تولید انرژی - مثل معادن ذغال سنگ، تولید گاز، پالایش نفت خام و رآکتورهای هسته ای - و یا حمل و نقل و نگهداری انرژی - مثل تانک های LPG، انتقال LPG از خطوط لوله، راه آهن یا خطوط هوایی - بسیار مورد توجه واقع گردیده است. هدف اصلی تحقیقات در زمینه ی انفجار گاز رسیدن به تخمینی دقیق از افزایش فشار متجاوز است که باعث ایجاد سناریو حوادث خواهد بود
آگاهی در مورد تغییر فشار در طول زمان در انفجار مخلوط سوخت-هوا در محیط های بسته فاکتوری مهم در ایمنی و سلامت طیف وسیعی از فعالیت های انسانی مرتبط با تولید، انتقال و استفاده از سوخت ها میباشد
افزایش فشار ناشی از انفجار گاز در محیط های بسته مانند لولهی مانع دار توسط بسیاری از محققان بررسی شده است. در این پروژه سعی به بررسی تأثیر موانع با تغییر اندازه و فاصله ی آن ها از هم روی انتشار شعله و افزایش فشار متجاوز در انفجار مخلوط متان-هوا در مقیاسی بزرگ شده است
برای شبیه سازی انفجار، انجام آزمایشات تجربی مستلزم صرف هزینه و وقت زیاد می باشد. در سال های اخیر با افزایش قدرت کامپیوتر ها و پیشرفت تکنولوژی، دینامیک سیالات محاسباتی1 ابزاری مناسب و قدرتمند برای شبیه سازی محدوده ی وسیعی از مسائل از جمله انفجار شده است. CFD کمک می کند تا مسائل پیچیده را توسط مدل های انتقال و حل معادلات ریاضی شبیه سازی نمود
پیشرفت های اخیر در قدرت کامپیوتر، به همراه گرافیک قدرتمند و بکارگیری مدل های سه بعدی، فرایند تهیه ی یک مدل CFD و تحلیل نتایج را آسان تر کرده و زمان مورد نیاز و بنابراین هزینه شبیه سازی را به شدت کاهش داده است و بدست آوردن تقریب هایی دقیق تری را در پدیده های انفجار ممکن ساخته است
هدف اصلی این پروژه امکان سنجی نتایج محاسباتی با نتایج تجربی بدست آمده از تحقیق موئن و همکاران [3] خواهد بود.
-1-1 سنتیک شیمیایی
پدیده احتراق در انفجار گاز، یک فرآیند غیرقابل بازگشت است که واکنش غالب در آن میتواند به صورت رابطه زیر نشان داده شود:
محصولات → - 1 + s - kg اکسیژن + s kg سوخت 1 kg به مخلوطی استوکیومتری گفته میشود که سوخت - مانند هیدروکربن - و اکسید کننده - مانند اکسیژن - همدیگر را بطور کامل مصرف کرده و محصولات فقط شامل دی اکسید کربن و آب باشند.
-2-1 معادلات حاکم
-1-2-1معادلات بقا
جریان درهم در انفجار گاز می تواند بوسیله ی معادلات بقای جرم، مومنتوم، انرژی و ذره ی شیمیایی توصیف گردد
معادله ی بقای جرم بوسیله رابطه ی زیر ارائه می شود که دانسیته و Ui سرعت در جهت i می باشد.
معادله ی بقای مومنتوم نیز بوسیله رابطه ی زیر ارائه می گردد که p فشار و ij تنش درهم رینولدز است.
با نوشتن معادله ی پیوستگی به فرم آنتالپی،h معادله ی بقای انرژی حاصل خواهد شد که J h, j فلاکس گرمای مغشوش و Sh اتلاف گرمایی اصطکاکی می باشد.
معادله ی بقا برای اجزای شیمیایی به فرم جزء جرمی،Y نوشته می باشد که J Y , j فلاکس جرم مغشوش و SY شامل ترم منبع اضافی ناشی از واکنش شیمیایی است.
-2-2-1مدل اغتشاش
برخورد شعله با موانع باعث ایجاد اختلاط شدید شده و در نتیجه احتراق متلاطم را در پی خواهد داشت. نسبت انسداد و گرفتگی فاکتوری مهم در واحد هایی است که با مواد شیمیایی سر و کار دارند و اثر قابل توجهی را روی افزایش فشار خواهد داشت. این نسبت باعث افزایش سرعت جریان و در نتیجه ایجاد اغتشاش می گردد. مدل اغتشاش استفاده شده مدل k می باشد که در آن تنش رینولدز با تخمین زیر مدل سازی شده است
