SIMULACIONS AMB ORDINADOR DE LA PROPAGACIÓ DE FLAMES

Presentación del tema: "SIMULACIONS AMB ORDINADOR DE LA PROPAGACIÓ DE FLAMES"— Transcripción de la presentación:

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

2 INTRODUCCIÓ

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

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

5 Flames Esfèriques Premescla Laminars Dinàmiques De combustible gasós

6 Tipus de Simulacions

7 SIMULACIONS SENSE PÈRDUES PER RADIACIÓ

8 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

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

10 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

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

12 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

13 Sense pèrdues per radiació
Equació (10)

14 Sense pèrdues per radiació

15 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

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

17 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

18 Sense pèrdues per radiació

19 Sense pèrdues per radiació

20 SIMULACIONS AMB PÈRDUES PER RADIACIÓ

21 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

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

23 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

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

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

26 Amb pèrdues per radiació

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

28 Amb pèrdues per radiació

29 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)

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

31 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

32 Amb pèrdues per radiació

33 SIMULACIONS AMB UNA DESCRIPCIÓ MÉS ACURADA DE LA TRANSFERÈNCIA RADIATIVA

34 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

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

36 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

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

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

39 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

40 Descripció més acurada de la transferència radiativa

41 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

42 Descripció més acurada de la transferència radiativa

43 COMPARACIÓ DE RESULTATS AMB EXPERIMENTS

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

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

46 APLICACIONS

47 Aplicacions

48 Aplicacions

49 ÀMBITS D’APLICACIÓ INDUSTRIAL

50 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

51 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

52 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

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

54 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

55 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

56 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

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