Modelagem em fluidodinâmica computacional da dispersão de gases em um ambiente confinado
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) |
Texto Completo: | http://app.uff.br/riuff/handle/1/24032 |
Resumo: | O uso e o armazenamento de substâncias químicas trazem consigo riscos à segurança, tanto em ambientes abertos quanto confinados. No caso de gases, a previsão da dinâmica de possíveis vazamentos é fundamental para o planejamento de segurança e de tomada de decisão. Para este fim, a fluidodinâmica computacional (CFD) tem sido frequentemente implementada, devido às suas vantagens sobre outros modelos preditivos, como os Gaussianos e os integrais. Este trabalho considera um ambiente real de laboratório, com uma circulação de ar notadamente restrita, e um único exaustor. O sistema de ventilação é analisado em relação à sua capacidade de remover contaminantes gasosos do ambiente, em casos hipotéticos de vazamento. Configurações alternativas de ventilação são propostas, e os escoamentos de gás são simulados por meio de modelagem em CFD, com casos em regime permanente e em regime transiente. As simulações foram executadas com o código ANSYS CFX, para diferentes gases e vazões dos pontos de exaustão propostos para o ambiente. O Método dos Volumes Finitos foi utilizado para discretizar os domínios computacionais, com malhas tetraédricas. Os escoamentos apresentaram número de Reynolds na ordem de 105, e o modelo de turbulência k- padrão foi utilizado. Entre aumentar a vazão em um exaustor e utilizar mais exaustores, os resultados mostram que a união dessas duas abordagens é mais efetiva, na remoção de contaminantes, do que se adotadas individualmente. Nos casos em regime permanente, as regiões de maior concentração de gás foram reduzidas, e nos casos transientes, os tempos de remoção de contaminante dos domínios diminuíram em 50%, aproximadamente, quando comparados à configuração original do laboratório. De modo geral, a adição de dois exaustores no local, um próximo ao nível do teto e outro próximo ao do chão, apresentou os melhores resultados de desempenho da ventilação para os casos de escoamento propostos |
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Modelagem em fluidodinâmica computacional da dispersão de gases em um ambiente confinadoFluidodinâmica computacionalDispersão de gásAmbiente confinadoEngenharia químicaFluidodinâmica computacionalSimulação por computadorEscoamento de fluidosComputational fluid dynamicsGas dispersionConfined environmentO uso e o armazenamento de substâncias químicas trazem consigo riscos à segurança, tanto em ambientes abertos quanto confinados. No caso de gases, a previsão da dinâmica de possíveis vazamentos é fundamental para o planejamento de segurança e de tomada de decisão. Para este fim, a fluidodinâmica computacional (CFD) tem sido frequentemente implementada, devido às suas vantagens sobre outros modelos preditivos, como os Gaussianos e os integrais. Este trabalho considera um ambiente real de laboratório, com uma circulação de ar notadamente restrita, e um único exaustor. O sistema de ventilação é analisado em relação à sua capacidade de remover contaminantes gasosos do ambiente, em casos hipotéticos de vazamento. Configurações alternativas de ventilação são propostas, e os escoamentos de gás são simulados por meio de modelagem em CFD, com casos em regime permanente e em regime transiente. As simulações foram executadas com o código ANSYS CFX, para diferentes gases e vazões dos pontos de exaustão propostos para o ambiente. O Método dos Volumes Finitos foi utilizado para discretizar os domínios computacionais, com malhas tetraédricas. Os escoamentos apresentaram número de Reynolds na ordem de 105, e o modelo de turbulência k- padrão foi utilizado. Entre aumentar a vazão em um exaustor e utilizar mais exaustores, os resultados mostram que a união dessas duas abordagens é mais efetiva, na remoção de contaminantes, do que se adotadas individualmente. Nos casos em regime permanente, as regiões de maior concentração de gás foram reduzidas, e nos casos transientes, os tempos de remoção de contaminante dos domínios diminuíram em 50%, aproximadamente, quando comparados à configuração original do laboratório. De modo geral, a adição de dois exaustores no local, um próximo ao nível do teto e outro próximo ao do chão, apresentou os melhores resultados de desempenho da ventilação para os casos de escoamento propostosCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESThe use and storage of chemicals are associated with safety hazards in both outdoor and indoor environments. In the case of gases, predicting the dynamics of possible leakages is fundamental to safety planning and decision making. To achieve this, computational fluid dynamics (CFD) has often been implemented for its advantages over other prediction models, such as Gaussian or integral models. This work considers a real laboratory environment with notably restricted air circulation and a single exhaust. The ventilation system is analysed for its capacity for removing gaseous contaminants from the environment, in hypothetical leakage scenarios. Alternatives to the ventilation configuration are proposed, and gas flows are simulated with CFD modeling, with steady state and transient cases. Simulations were carried out using the commercial code ANSYS CFX for different gases and flow rates for the proposed exhausts. The Finite Volume Method was used in the discretization of the computational domains, with tetrahedral meshes. Flow cases showed Reynolds numbers on the order of 105, and the standard k- ������������� turbulence model was chosen. Between increasing the flow rate in a single exhaust and resorting to more exhausts, results show that adopting both approaches simultaneously is more effective than adopting either one individually. In steady state flows, zones with higher gas concentrations were reduced, and in transient flows the contaminant removal times were approximately 50% shorter, when compared to the laboratory’s original configuration. Overall, the best results for ventilation performance of the proposed flow scenarios were obtained by adding two exhausts to the room: one closer to the ceiling and the other closer to ground level267 f.Mattos, Lisiane VeigaMoreira, Roger MatsumotoSilva, Luiz Fernando Lopes RodriguesAraújo, João Felipe Mitre deBarbosa, Vinícius Folly2021-12-21T12:36:44Z2021-12-21T12:36:44Z2021info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBARBOSA, Vinícius Folly. Modelagem em fluidodinâmica computacional da dispersão de gases em um ambiente confinado. 2021. 267 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2021.http://app.uff.br/riuff/handle/1/24032Aluno de mestradoCC-BY-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)instname:Universidade Federal Fluminense (UFF)instacron:UFF2022-12-08T19:25:22Zoai:app.uff.br:1/24032Repositório InstitucionalPUBhttps://app.uff.br/oai/requestriuff@id.uff.bropendoar:21202022-12-08T19:25:22Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) - Universidade Federal Fluminense (UFF)false |
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