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CFD modelling of dust explosions: Rapid combustion in a 20 L apparatus

Authors

  • Vimlesh Kumar Bind,

    1. Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology—Delhi, Hauz Khas, New Delhi 110016, India
    2. Center for Fire, Explosive and Environment Safety, Defence Research and Development Organization, Timarpur, Delhi 110054, India
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  • Shantanu Roy,

    Corresponding author
    1. Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology—Delhi, Hauz Khas, New Delhi 110016, India
    • Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology—Delhi, Hauz Khas, New Delhi 110016, India.
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  • Chitra Rajagopal

    1. Center for Fire, Explosive and Environment Safety, Defence Research and Development Organization, Timarpur, Delhi 110054, India
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Abstract

Dust explosions are combustion of fine dust particles in a rapid reaction regime. They are of relatively common occurrence in industries which have unit operations like grinding, pneumatic conveying, drying, and fine particle collection: generally those units which handle fine particles or “dust” in an oxygen-rich environment. At present, mitigation and prevention of dust explosion accidents is largely based on operator experience and safety inspection heuristics: knowledge that often cannot be documented or put into scientifically developed safety rules. Part reason for this state of affairs is our lack of fundamental understanding on how a dust explosion progresses after ignition of the dust cloud. In this contribution, with a view towards improving our understanding of dust explosions, we propose a multi-scale modelling approach for modelling dust explosion phenomena in a standard 20 L Siwek Apparatus. The modelling approach is based on computational fluid dynamics methods treating Aluminum dust cloud as a quasi-homogeneous phase.

Abstract

Les explosions de poussières sont la combustion de fines particules de poussière dans un régime de réaction rapide. Elles sont relativement communes au sein des industries qui présentent des activités de broyage, de manutention pneumatique, de séchage et de ramassage de particules fines : en général, ces activités manipulent ces particules fines (poussières) dans un milieu riche en oxygène. À l'heure actuelle, l'atténuation et la prévention des accidents dus aux explosions de poussières sont largement fondées sur l'expérience de l'opérateur et la connaissance heuristique de l'inspection de sécurité : une connaissance que, souvent, on ne peut pas consigner ou traduire en règles de sécurité créées scientifiquement. Une partie de la raison de cette situation est le manque de connaissances fondamentales sur la progression des explosions de poussières après l'inflammation du nuage de poussières. Dans cette contribution, pour améliorer notre compréhension des explosions de poussières, nous proposons une approche de modélisation multi-échelle pour modeler le phénomène des explosions de poussières dans un appareil Siwek de 20 L standard. L'approche de modélisation est fondée sur des méthodes de dynamique des fluides numérique (DFN) qui traitent un nuage de poussières d'aluminium comme phase quasi-homogène. © 2010 Canadian Society for Chemical Engineering

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