Μαθηματική προσομοίωση διασποράς τοξικών ρύπων σε περίπτωση πυρκαγιάς σε εγκαταστάσεις αποθήκευσης φυτοπροστατευτικών προϊόντων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει σκοπό την προσομοίωση διασποράς τοξικών ρύπων από εγκαταστάσεις αποθήκευσης φυτοπροστατευτικών προϊόντων και την παραμετρική ανάλυση για διάφορες μετεωρολογικές συνθήκες σε πραγματικό πολεοδομικό ανάγλυφο. Αρχικά, παρουσιάζονται ορισμένα θεωρητικά στοιχεία σχετικά με τα βιομηχανικά ατυχήματα μεγάλης έκτασης (Β.Α.Μ.Ε.) και αναλύεται το φυσικό πρόβλημα που μελετάται. Στη συνέχεια, ακολουθεί το μαθηματικό μοντέλο που χρησιμοποιείται και στοιχεία για τη μέθοδο πεπερασμένων όγκων. Ειδικότερα, για το φυσικό πρόβλημα εξετάζεται η αλληλοεπίδραση δύο αποθηκευτικών εγκατάστασεων, διαφοροποιώντας την μεταξύ τους απόσταση και παρακολουθώντας τις αλλαγές στα επίπεδα συγκέντρωσης του ρύπου στο επίπεδο του εδάφους. Συνολικά, το φαινόμενο εξετάζεται για πέντε διαφορετικούς αδιάστατους αριθμούς άνωσης και έξι διαφορετικές αποστάσεις μεταξύ των δύο κτιρίων. Με τον τρόπο αυτό προκύπτουν καμπύλες αδιάστατης συγκέντρωσης στο επίπεδο του εδάφους σε σχέση με το μήκος του πεδίου ροής, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα από πρακτικούς μηχανικούς για την αποφυγή και αντιμετώπιση τυχόν βιομηχανικών ατυχημάτων. Στο δεύτερο μέρος, πραγματοποιείται εφαρμογή των αποτελεσμάτων για την αδιάστατη συγκέντρωση σε μια πιλοτική εφαρμογή, για συγκεκριμένες μετεωρολογικές συνθήκες, δηλαδή σταθερό αδιάστατο αριθμο άνωσης, και για μεταβαλλόμενες αποστάσεις μεταξύ των κτιρίων. Σύμφωνα με την μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε στην πιλοτική εφαρμογή μπορεί να γίνει προσομοίωση για την οποιαδήποτε τοξική ουσία και για διάφορες μετεωρολογικές συνθήκες, σε περίπτωση πυρκαγιάς, χρησιμοποιώντας μόνο τις καμπύλες αδιάστατης συγκέντρωσης.Τέλος, παρουσιάζονται ορισμένα συμπεράσματα που προέκυψαν από την μελέτη του φαινομένου και αποτελούν χρήσιμα στοιχεία μελέτης από μηχανικούς ασφαλείας εγκαταστάσεων και από τους υπεύθυνους συνεργείων αντιμετώπισης επικίνδυνων καταστάσεων.

The aim of the present thesis is the study of dispersion of toxic substances from pesticides warehouses in case of fire, as well as to perform parametric analysis for different weather conditions and different distances between the warehouses, in urban terrain. At first, some theoretical background on Major Industrial Accidents and analyzes the physical problem studied. Then the mathematical model is presented and some points concerning the Finite Volume Method for computational fluid dynamics simulation are highlighted. In particular, main problem considered two storage facilities, varying the distance between them and monitoring the changes in the levels of concentration of the pollutant at ground level. A methodology is developed to calculate the ground level concentration of the toxic pollutants and to predict the consequences of a fire incindent in a pesticides warehouse. Overall, the effect is tested for five different dimensionless numbers of buoyancy and six different distances between the two warehouses. This dimensionless concentration curves obtained at ground level can be used directly by engineers to avoid and overcome any industrial accidents. In the second part, the results for the dimensionless concentrations are applied in a real application for specific weather conditions and varying distances between buildings. According to the methodology used in the pilot application can be simulated almost any toxic substance for different weather conditions, using only dimensionless curves concetrations. Finally, some conclusions are presented, which are obtained from the study of the phenomenon and are reliable for future applications, considering hazardous situations.