What research was undertaken?
9 Phase I action research cycles
9.2 Cycle 1 1 Constructing
9.2.2 Planning action
Si el flujo es estrangulado entonces la presión en el orificio esta sobre la atmosférica y habrá una expansión del material fuera del orifico a la presión atmosférica. Hay tres posibles opciones para modelar los cálculos de expansión, y PHAST usa el método que es fijado en “método de expansión atmosférica” en los parámetros de descarga.
Cuando las condiciones son cercanas a las iniciales el programa modela la expansión tanto con el método isoentrópico como con el de conservación de energía, y usa el resultado que de el menor cambio en las condiciones (temperatura o fracción de liquido) durante la expansión.
Método isoentrópico
Temperatura final o fracción de líquido
Cuando el estado final tiene una presión Pa y la temperatura Tf y/o la fracción liquido FLf , son iterados numéricamente,
de modo que la entropía en el estado final Sf es igual al estado incial Si, donde:
S = S(T , P , F )
f f a Lf 3.44Como anteriormente de este resultado de esta expansión la entalpia del estado final puede ser calculada:
H = H(T , P , F )
f f a Lf 3.45Velocidad final
Asumiendo que toda la energía liberada en la expansión es convertida en energía cinética, la velocidad de material a presión ambiente es dada por:
Para flujos estrangulados la velocidad final uf no corresponde físicamente a la velocidad real, y por ello se refiere a esta como la velocidad final (o pseudo- velocidad). Se ha desarrollada para ser usada como un parámetro que describa la energía cinética inicial en una descarga, como entrada en un modelo de dispersión.
Velocidad de las gotas de un líquido
Se asume que la velocidad de las gotas de líquido en la descarga es menor que la velocidad final, debido al deslizamiento entre el líquido emergente y el vapor, un coeficiente de deslizamiento, Csc, es usado para calcular la velocidad de la gota:
uC
scu
f 3.47La velocidad de la gota es usado en los cálculos del tamaño de la gota.
Método de conservación de la energía
Velocidad final
La velocidad final es calculada de una conservación convencional de balance de momentum como se describe en Fauske y Epstein (1988):
3.48
Donde uc es la velocidad del orificio, Pc es la presión del orificio, Fc es el flujo másico en el orificio.
Temperatura final
En este caso la temperatura es calculada de un balance de conservación de energía:
3.49
Donde fc es la fracción de líquido en el orificio, y ff es la fracción final de líquido. Calculo del tamaño de las gotas de líquido
Si el estado final del material descargado a presión ambiente contiene líquido entonces el programa calcula el tamaño de las gotas de líquido.
Dos posibles mecanismos de de formación de gota son considerados. El programa calcula el tamaño de la gota por ambos mecanismos, y usa el menor tamaño de gota predicho, provenido el tamaño de gota calculado siempre y cuando este dentro de los límites de máximo y mínimo tamaño de gota los cuales son fijados en los parámetros del programa. Velocidad representativa de la gota
Si la nube expandida contiene líquido, entonces el programa calcula una velocidad representativa para las gotas de líquido como sigue:
u = C
SI2E
3.50Donde CSI es un coeficiente para permitir el deslizamiento entre el liquido emergente y el vapor (fijado como 1), y E es la energía de expansión.
El mecanismo de ruptura aerodinámica proporciona el tamaño de gota, dda, como una función del número crítico de Weber, como sigue:
3.51
Donde es la tensión superficial (N/m), v es la velocidad después de la vaporización súbita (=post flash), atm es la densidad atmosférica (Kg/m3), y Wecrit es el valor del numero de Weber critico.
El TNO Yellow Book (1997) recomienda valores entre 10 y 20 para Wecrit, y el programa tiene un valor default de 12.5.
El modelo de descarga limita el diámetro de la gota a un mínimo (0.01 µm) especificado por el usuario y un valor máximo (default 10 000 µm) como el rango de tamaño de gota físicamente significativos.
Mecanismo de ruptura intermitente
El mecanismo para calcular el tamaño de gota por el mecanismo de flasheo fue obtenido del artículo por Woodward (1995). En este articulo el autor infiere el tamaño de gota experimental necesario para modelar datos observados por suspensión por lluvia obtenidos por diversos experimentos de precipitación por condensación de aerosoles. Estos tamaños de gota experimentales fueron correlacionados contra un número de parámetros diferentes. El autor concluyo que la energía parcial de expansión, Ep (J/Kg), fue la correlación más efectiva para el tamaño de la gota,
La ecuación de la línea dando el mejor ajuste es:
3.52
Donde ddf esta en metros. 3.6 DESCARGA INSTANTÁNEA
El modelo instantáneo es usado si el caso es fijado como ruptura catastrófica en la sección de escenario, y las etapas en los cálculos son mostradas en el cuadro de flujo siguiente: (ponerlo)
Modelo estándar de expansión a presión atmosférica
Para materiales almacenados a temperatura Ti y presión Pi, y con fracción de liquido FLi, la entropía, entalpia, y volumen
bajo condiciones de almacenamiento están dadas por las ecuaciones ¿??
Tras la liberación, se asume que el material almacenado se expande reversible y adiabáticamente a la presión atmosférica Pa. En dicha expansión la entropía es constante. Por tanto, la temperatura Tf y/o la fracción de líquido FLf o el estado final debe
ser determinado tal que la entropía del estado final:
S = S(T , P , F )
f f a Lf 3.53Es igual a la del estado inicial Si. Esto se logra mediante iteración numérica Tf y/o FLf hasta que Sf=Si. En este proceso la
fase, temperatura y fracción de líquido del estado final son determinados y de estas la entalpia y volumen del estado final pueden ser calculado.
H
f=H(T
f,P
a,F
Lf)
3.54)
F
,
P
,
T
V(
=
V
f f a Lf 3.55En la expansión adiabática a presión atmosférica, una cierta cantidad de entalpia es liberada. Además la expansión del material tiene que realizar un trabajo para hacer retroceder la atmosfera.
La energía de expansión de una descarga toma ambas cantidades en consideración y es la energía descargada por expansión adiabática del material, menos el trabajo hecho en la atmosfera:
E = - (H - H ) - (P - P )V
f i i a i 3.56Esta cantidad es usada en la correlación de Maurer et al. (1977) para describir la etapa inicial de la dilución de la nube. La suposición implícita en eso es que toda la energía descargada por la expansión reversible va dentro de la energía cinética de la descarga. Aun si esto es solo aproximadamente cierto, la velocidad real de dilución fue basada en resultados experimentales, correlacionados de esta cantidad. Por ello, es el parámetro físico apropiado para describir el estado de descarga instantánea. Una vez calculada la fracción adiabática que vaporiza al instante de la liberación, , y entonces se usa la correlación apropiada del “Purple book” para calcular la masa de vapor que permanece en la nube después de la precipitación.
Tabla 3.7 Calculo de la fracción adiabática vaporizada instantáneamente
Fracción que vaporiza súbitamente,
Masa de vapor en la nube
(fracción de la masa total liberada)
< 0.1 2
0.1 <= < 0.36 (0.8-0.028)/0.26
0.36 <= 1
Se asume que la precipitación ocurre inmediatamente, y el vapor que permanece en la nube comienza a dispersarse a favor del viento.
Para la composición y las condiciones en la nube al final de la expansión, por se usa la termodinámica UDM del modelo de dispersión para modelar los efectos de arrastre de aire sobre las condiciones de la nube.
PHAST, hace un estimado de la masa de aire entrante. Asumiendo que no hay agua o transferencia de calor del suelo durante la expansión, calcula el total de entalpia en la nube para esta composición, y de esto puede calcular la temperatura de la nube y la distribución de la fase. Si la fracción de liquido del material descargado es igual a la fracción que precipita, especificada por el “Libro morado”, entonces la masa de entrada de aire y la temperatura representan las condiciones al final de la expansión, y pasan al modelo de dispersión. Si la fracción de líquido no es igual a la fracción que se precipita, entonces PHAST ajusta la masa de entrada de aire y repite los cálculos hasta que sean iguales.
3.7 MODELO DE DISPERSIÓN
PHAST usa un modelo de dispersión propio llamado Modelo de Dispersión Unificado (UDM). A diferencia de otros modelos, solo se necesita un modelo para tratar la dispersión de una nube desde la emisión hasta la más baja concentración en la dirección del viento. Esto significa que: No hay discontinuidades entre los modelos separados mientras la nube cambia de la etapa I a la IV, y hay mayor exactitud en los cálculos para masa inflamable, masa explosiva e impacto tóxico.
Aterrizaje
Despegue
Condensación
Tope con la capa de mezclado
3.7.1 DATOS DE CLIMA VELOCIDAD DEL VIENTO
La velocidad del viento especificada se asume que es constante a través de la descarga y la dispersión. La máxima velocidad permitida es 65 m/s 145 (mph)