SIMULACIONS AMB ORDINADOR DE LA PROPAGACIÓ DE FLAMES Girona, 10 de Juliol de 2002 Joan Ruiz Perez

INTRODUCCIÓ

Àmbits d’Aplicació Enginyeria Química Enginyeria Industrial Enginyeria Ambiental Enginyeria Aeronàutica Enginyeria Forestal...

Objectiu Determinar la velocitat de propagació de flames, a través de: Simulacions amb Ordinador Expressions Analítiques (quan sigui possible)

Flames Esfèriques Premescla Laminars Dinàmiques De combustible gasós

Tipus de Simulacions

SIMULACIONS SENSE PÈRDUES PER RADIACIÓ

Sense pèrdues per radiació Les variables que intervenen en el procés són: Temperatura d’Ignició adimensional Temperatura Ambient adimensional Constant del fuel adimensional Temps final adimensional Velocitat adimensional

Sense pèrdues per radiació Les equacions utilitzades per fer les simulacions son: Equació (7) Equació (8)

Sense pèrdues per radiació Amb el programa del corresponent capítol, hem obtingut els perfils de temperatura i concentració de flames, suposant que les equacions (7) i (8) són vàlides

Sense pèrdues per radiació Perfil de Temperatura Evolució de la densitat del fuel

Sense pèrdues per radiació Hem demostrat i comprovat la validesa de l’equació (10) per predir la temperatura màxima de la flama a partir de simulacions

Sense pèrdues per radiació Equació (10)

Sense pèrdues per radiació

Sense pèrdues per radiació Les simulacions ens han permés veure que les equacions (7) i (8) tenen solucions per a la temperatura i densitat del fuel, tals que la seva velocitat i perfils són constants

Sense pèrdues per radiació Perfil de Temperatura Evolució de la densitat del fuel

Sense pèrdues per radiació Hem sigut capaços de trobar fites coherents per a la gràfica velocitat – temperatura ambient, obtinguda prèviament amb les simulacions per unes determinades condicions de treball

Sense pèrdues per radiació

Sense pèrdues per radiació

SIMULACIONS AMB PÈRDUES PER RADIACIÓ

Amb pèrdues per radiació Les variables que intervenen en el procés són: Temperatura d’Ignició adimensional Temperatura Ambient adimensional Constant del fuel adimensional Temps final adimensional Velocitat adimensional Emissivitat reduïda adimensional

Amb pèrdues per radiació Les equacions utilitzades per fer les simulacions son: Equació (37) Equació (38)

Amb pèrdues per radiació Amb el programa del corresponent capítol, hem obtingut els perfils de temperatura i concentració de flames, suposant que les equacions (37) i (38) són vàlides

Amb pèrdues per radiació Perfil de Temperatura Evolució de la densitat del fuel

Amb pèrdues per radiació Hem aconseguit descriure matemàticament com i per què s’apaguen les flames

Amb pèrdues per radiació

Amb pèrdues per radiació Hem aconseguit millorar les prediccions de la velocitat de les flames

Amb pèrdues per radiació

Amb pèrdues per radiació Hem aconseguit relacionar la velocitat de les flames amb l’opacitat mitjana o global dels gasos (reactius i productes de combustió)

Amb pèrdues per radiació Gasos Opacs: Epsilon elevada Velocitat petita Gasos Transparents: Epsilon petita Velocitat elevada

Amb pèrdues per radiació Hem aconseguit predir la temperatura màxima de la flama incloent l’efecte de les pèrdues en forma de radiació, a partir de simulacions

Amb pèrdues per radiació

SIMULACIONS AMB UNA DESCRIPCIÓ MÉS ACURADA DE LA TRANSFERÈNCIA RADIATIVA

Descripció més acurada de la transferència radiativa Les variables que intervenen en el procés són: Temperatura d’Ignició adimensional Temperatura Ambient adimensional Constant del fuel adimensional Temps final adimensional Velocitat adimensional Emissivitat reduïda adimensional Factor d’Scattering i Absorció adimensional

Descripció més acurada de la transferència radiativa Les equacions utilitzades per fer les simulacions son: Equació (50) Equació (51) Equació (52)

Descripció més acurada de la transferència radiativa Amb el programa del corresponent capítol, hem obtingut els perfils de temperatura, concentració de flames i flux de calor radiatiu, suposant que les equacions (50) , (51) i (52) són vàlides

Descripció més acurada de la transferència radiativa Perfil de Temperatura Evolució de la densitat del fuel

Descripció més acurada de la transferència radiativa Flux de calor radiatiu Representació Conjunta

Descripció més acurada de la transferència radiativa Les prediccions de les simulacions realitzades en aquest capítol que la flama és més lenta i més estreta que segons l’aproximació més forta feta feta per les simulacions amb pèrdues per radiació, quan Beta = 0

Descripció més acurada de la transferència radiativa

Descripció més acurada de la transferència radiativa Hem comprovat que la temperatura màxima assolida per la flama és inferior a la predita pel tractament fet per les simulacions amb pèrdues per radiació, però també veiem com la flama s’apaga més ràpid

Descripció més acurada de la transferència radiativa

COMPARACIÓ DE RESULTATS AMB EXPERIMENTS

Comparació de resultats amb experiments Cas particular: Flames d’aire i metà Valor estimat per algun dels paràmetres trobats a la bibliografia: Ea = 44000 cal/mol metà Q = 1.12 · 104 cal/mol barreja c = 6.7 cal/(mol barreja · K) T0 = 300 K  = 0.012 cal/(m · s · K) A/0 = 1.32 · 109 cm3/(s · mol barreja)

Comparació de resultats amb experiments Resultats obtinguts amb la bibliografia: Tmax = 1900 K v = 43 cm/s Valors observats experimentalment: Tmax = 1400 K v = 40 cm/s

APLICACIONS

Aplicacions

Aplicacions

ÀMBITS D’APLICACIÓ INDUSTRIAL

Àmbits d’Aplicació Industrial Seguretat industrial i prevenció de riscos laborals, en locals on hi hagi risc d’incendi i/o explosió, en tots els seus àmbits

Àmbits d’Aplicació Industrial En locals o atmosferes amb presència de partícules inerts, com per exemple, la presència de sorra en llocs determinats. En aquest cas, pot ser especialment útil la descripció feta per les nostres simulacions (descripció més acurada de la tranferència radiativa), perquè es te en compte la dispersió (scattering) de radiació per les partícules inerts

Àmbits d’Aplicació Industrial Estudi de cremadors de carbó pulveritzat per tal optimitzar el seu disseny i augmentar el seu rendiment de treball, tot evitant la propagació de la flama fins al dipòsit del combustible

Àmbits d’Aplicació Industrial Prevenció d’incendis causats per fuites de gasos inflamables o substàncies volàtils a les indústries

Àmbits d’Aplicació Industrial Prevenció i adopció de mesures de protecció, en situacions on es puguin produir explosions perilloses en altres àmbits de treball no industrials, com podrien ser les mines

Àmbits d’Aplicació Industrial En ambients espaials, on és crític controlar els focs accidentals. L'estudi de flames en atmosferes diluïdes en CO2 és particularment rellevant per a la seguretat d'incendis en l'estació espaial internacional i també en atmosferes com les de Mart i Venus

Àmbits d’Aplicació Industrial En aplicacions submarines, hi ha riscos d'incendi importants relacionats amb d'altres components inerts diferents del CO2, especialment l'Heli

SIMULACIONS AMB ORDINADOR DE LA PROPAGACIÓ DE FLAMES Girona, 10 de Juliol de 2002 Joan Ruiz Perez