Strona główna  »   Oferta  »   Modelowanie numeryczne CFD    

Modelowanie numeryczne CFD

Modelowanie numeryczne CFD

Numeryczna mechanika płynów (ang. Computational Fluid Dynamics - CFD) jest metodą symulacji procesów przepływu cieczy i gazów w połączeniu z przepływem ciepła oraz zachodzącymi reakcjami chemicznymi. Metoda opiera się o znane, złożone formuły matematyczne (równanie zachowania masy, pędu oraz energii), które nawet w prostych przypadkach nie są możliwe do rozwiązania bez wykorzystania komputerów i specjalistycznego oprogramowania.

Wraz ze wzrostem mocy obliczeniowej komputerów, metody CFD znalazły zastosowanie w różnych dziedzinach nauki, między innymi w mechanice oraz energetyce. W chwili obecnej metody numeryczne pozwalają, z bardzo dużą dokładnością, osiągać wyniki obliczeń:

  • Rozkładu pola prędkości.
  • Rozkładu pola ciśnienia.
  • Rozkładu pola temperatury.

Zalety modelowania CFD na tle tradycyjnych metod (modele fizyczne, testy na rzeczywistych obiektach):

  • Wyniki obliczeń są zwykle osiągane szybciej.
  • Modelowanie CFD jest tańsze (zwykle 20-40% mniejsze koszty).
  • Taka sama dokładność wyników w zakresie pola przepływu, prędkości, ciśnienia.
  • Możliwość obliczeń na modelu w rzeczywistej skali (większość modeli fizycznych jest budowanych w mniejszej skali).
  • Możliwość przeprowadzenia szybkich zmian w konstrukcji modelu bez ponoszenia dodatkowych kosztów.
  • Możliwość badania pracy urządzenia w warunkach, które są niemożliwe do osiągnięcia podczas rzeczywistych pomiarów.
  • Możliwość pełnej wizualizacji parametrów we wszystkich miejscach urządzenia.
  • Modele przechowywane na komputerach mogą być wykorzystywane wielokrotnie.

Zaplecze techniczne, zakres kompetencji

Spółka SBB Energy S.A. posiada wieloletnie doświadczenie w użytkowaniu światowej klasy oprogramowania ANSYS Fluent. Wykwalifikowana kadra inżynierów, wyposażona jest w stacje robocze o wysokiej mocy obliczeniowej co zapewnia szybkie i kompleksowe rozwiązywanie problemów natury inżynierskiej. Wsparcie klienta wynikające z obliczeń CFD, obejmuje szeroki zakres zagadnień:

  • Ocena rozwiązań technologicznych.
  • Identyfikacja problemów i propozycje rozwiązań technologicznych i konstrukcyjnych.
  • Optymalizacja procesów technologicznych.
  • Rozwój nowych technologii.>

Dokładny zakres prac i analiz jest dopasowywany na potrzeby klienta. Do podstawowych analiz CFD wykonywanych przez spółkę SBB Energy S.A. należą:

  1. Analiza procesu spalania w kotłach energetycznych.
  2. Rozpływ węgla w pyłoprzewodach.
  3. Rozpływ powietrza w palnikach wirowych
  4. Rozpływ powietrza w skrzyniach palnikowych
  5. Określenie optymalnego miejsca wtrysku reagenta w metodzie SNCR.
  6. Optymalizacja metod pierwotnych redukcji NOx.
  7. Analiza przepływowa przez reaktory SCR.
  8. Określenie spadków ciśnienia w instalacjach.
  9. Optymalizacja kształtu kanałów przepływowych oraz kierownic.
  10. Obliczenia wymiany ciepła w urządzeniach.

Przykładowe wyniki obliczeń ze zrealizowanych projektów

  • Analizy spalania w kotłach energetycznych

W celu optymalizacji procesów spalania oraz zaprojektowaniu instalacji przykotłowych o najwyższych sprawnościach, spółka SBB Energy S.A. wykorzystuje metody numeryczne. Pozwala to na przeprowadzenie szeregu obliczeń wariantowych, co byłoby niemożliwe podczas rzeczywistych testów. Na rysunku 1 przedstawiono wyniki obliczeń kotła energetycznego z zainstalowanymi palnikami wirowymi. Wyniki analizy przedstawiające temperatury panujące w wybranych miejscach kotła, pozwalają na dobór optymalnego miejsca doprowadzania powietrza wtórnego jak i regenta.

Rysunek 1. Model kotła z zainstalowanymi palnikami wirowymi - temperatura

Obliczenia CFD pozwalają w szybki sposób określić rozpływy na wylocie z palnika oraz kształt wiru tworzącego się w paleniskach tangencjalnych. Pozwala to na wskazanie nieprawidłowości i łatwe zoptymalizowanie procesu spalania. Na rysunku 2 pokazano temperatury występujące w kotle pyłowym oraz wektory prędkości na 2 poziomach komory spalania (na wylocie z dysz palnikowych).

Rysunek 2. Model kotła z paleniskiem tangencjalnym – temperatura oraz wektory prędkości

  • Obliczenia przepływowe

Analizy CFD pozwalają na obliczenia spadków ciśnienia, określenie profili prędkości oraz sprawdzenie poprawności rozpływów w rozpatrywanych instalacjach. Na rysunku 3 przedstawiono system deNOx SCR, dla którego określono spadek ciśnienia celem doboru wentylatora spalin.

Rysunek 3. Rozkład ciśnienia w instalacji SCR

Istotnym elementem optymalizacji procesu spalania jest określenie rozpływu paliwa w komorze paleniskowej. Na rysunku 4 przedstawiono wyniki obliczeń rozpływu pyłomieszanki w kotle energetycznym. Obliczenia CFD pozwalają na zbadanie wpływu ułożenia dysz palnikowych na trajektorię cząstek węgla.

Rysunek 4. Trajektorie cząstek węgla w kotle energetycznym

Podczas modernizacji kotłów i instalacji energetycznych, bardzo dużą wagę przykłada się do rozpływów powietrza w kanałach oraz palnikach. Na rysunku 5, przedstawiono wypływ powietrza z modernizowanego palnika wirowego.

Rysunek 5. Rozpływ powietrza w palniku wirowym – prędkość

Rysunek 6 przedstawia rozpływ powietrza w skrzyni palnikowej kotła z paleniskiem tangencjalnym. Analiza ta pozwala na określenie rozpływu powietrza dla różnego ustawienia klap.

Rysunek 6.Rozpływ powietrza w skrzyni palnikowej – prędkość

Analiza CFD doskonale sprawdza się przy określaniu kształtu oraz ułożenia kierownic w kanałach przepływowych, wyznaczeniu strumienia przepływu przez kanał z zainstalowanymi klapami regulacyjnymi oraz przy optymalizacji kształtu przewodów. Na rysunku 7 przedstawiono wyniki z obliczeń mających na celu określenie optymalnego kształtu kierownic.

Rysunek 7. Rozpływ spalin w instalacji z zainstalowanymi kierownicami przepływu

  • Obliczenia przepływu ciepła

Analiza CFD pozwala na uwzględnienie i obliczenia wymiany ciepła w urządzeniach energetycznych. Na rysunku 7 przedstawiono wyniki obliczeń uwzględniającej wymianę ciepła w obrotowym regeneracyjnym pogrzewaczu spalin.

Rysunek 8. Wymiana ciepła w regeneracyjnym obrotowym podgrzewaczu spalin

Obliczenia numeryczne pozwalają na określenie rozpływu substancji sypkich w kanałach z uwzględnieniem średnicy cząstek. Tego typu analizy pozwalają na symulację przepływu pyłu węglowego w pyłoprzewodach (rysunek 9).

Rysunek 9. Rozpływ cząstek pyłu węglowego w pyłoprzewodzie – średnica cząstek, m

ZAUFALI NAM: