Efectis compara resultats experimentals amb els obtinguts en una simulació amb FDS en un cas d’alliberament i dispersió d’hidrogen.
El programa de càlcul FDS (Fire Dynamics Simulator) és un dels més utilitzats per a les simulacions d’enginyeria de seguretat contra incendis. Aquest exemple, realitzat per Efectis, presenta la seva aplicació en el context d’un cas experimental d’alliberament i dispersió d’hidrogen no inflamat en una sala que disposa de buits de ventilació. Les dades de l’assaig estan disponibles per a consulta [1][2], permetent la comparació dels resultats experimentals amb els obtinguts a la simulació, i així validar l’ús del FDS [3] per a situacions d’alliberament que poden ser representatives d’una fuita de gas a un local i preveure el possible abast del LIE (Límit Inferior d’Explosivitat).
L’àrea de càlcul modelada té unes dimensions de 4,00 x 1,15 x 2,00 m (llarg x ample x alt), i és oberta a l’exterior amb temperatura i pressió ambient estàndard. S’utilitza una malla regular de 588.800 cel·les de mida uniforme 2,5 x 2,5 x 2,5 cm. Es consideren els models de càlcul per defecte del FDS. El sòl es considera isotèrmic a 20 °C. La sala té unes dimensions de 2,90 m × 0,75 m × 1,20 m (llarg x ample x alt), i està totalment continguda dins del domini de càlcul. A l’extrem dret, un respirador al sostre i un altre a la part inferior de la porta li proporcionen ventilació natural. Els respiradors tenen una superfície de 0,045 m² corresponents a unes dimensions de 0,15 x 0,30 m.
La fuita d’hidrogen està situada a nivell del terra a l’extrem esquerre del passadís i la durada és de 1200 s amb un cabal de 9,43833 × 10-4 m3/s. L’àrea de fuita és de 0,045 m², que es correspon amb unes dimensions de 0,15 x 0,30 m. S’utilitzen quatre sensors S1 a S4 per mesurar la concentració volumètrica local d’hidrogen (2 a la part superior, 2 a la part inferior de la sala).
Les característiques de la geometria simulada es mostren a la figura següent, i també es mostren les ubicacions de la fuita de H2 (entrada), els respiradors (buits del sostre i de la porta) i els sensors de concentració (S1 a S4). S’hi inclou igualment un exemple d’estratificació del flux al llarg de la línia central del compartiment, que mostra un gradient de concentració ben establert. Les concentracions de H2 mesurades a les posicions S1 a S4 del sensor durant les simulacions FDS es comparen amb els resultats experimentals. Els valors de concentració d’hidrogen predits amb FDS són molt comparables als mesurats dins de les incerteses experimentals i numèriques, especialment per als sensors més propers a terra (S1 i S4). Al nivell màxim (S2 i S3), les concentracions estan generalment sobreestimades per l’FDS i, per tant, continuen sent segures.
En aquest exemple el programa FDS prediu correctament les concentracions de gas hidrogen no inflamat en una sala ventilada. L’estratificació del flux es reprodueix correctament. El LIE (4% en volum) és també simulat correctament per FDS.
Amb el desenvolupament d’una mobilitat energètica més ecològica, l’ús de l’hidrogen per a vehicles és un risc nou que cal tenir en compte. La simulació dels riscos vinculats a les fuites de gas en locals com ara garatges o aparcaments és crucial. La validació dels programes de càlcul per a aquest tipus d’aplicacions s’està convertint en un camp de desenvolupament important, amb la finalitat de prevenir els riscos que comporta.
- Swain, M.R., Grilliot, E.S. and M.N. Swain, Experimental verification of a hydrogen risk assessment method. Chemical Health & Safety, 1999. 6(3): p. 28-32.
- Koutsourakis N., Tolias I., Venetsanos A.G, Bartzis J.G. (2012). Evaluation of an LES Code against a Hydrogen Dispersion Experiment. CFD Letters Vol. 4(4) 2012
- Fire Dynamics Simulator https://pages.nist.gov/fds-smv/
