CFD-Untersuchung eines Absaugers für einen Kupferofen

PROJEKTDATEN

Kunde: ANIVI Datum: 2026 Simulationstechnologie: CFD

EINLEITUNG

Ziel dieses Projekts war es, die Funktionsweise eines an einen Kupferschmelzofen angeschlossenen Absaugsystems zu untersuchen, um dessen Betrieb zu validieren und dessen Einfluss auf das System zu bewerten. Zu diesem Zweck haben wir das Strömungsverhalten charakterisiert, indem wir das Geschwindigkeitsfeld, die Temperaturverteilung im Inneren der Anlage, die Bereiche, die am stärksten Partikeleinschlägen ausgesetzt sind, sowie den Massenstrom am Auslass mit den bereitgestellten experimentellen Messwerten verglichen haben. Für diese Analyse wurden Simulationen der numerischen Strömungsmechanik (CFD) verwendet, wobei kompressible Strömungsmodelle erforderlich waren, in denen die Berechnung von diffusiven Spezies, Wärmesenken und das Modul für Partikel mit Masse aktiviert wurden, ohne aktives DEM für Kontakte. Die für das Projekt verwendete Software ist ScFlow von MSC Cradle.

CFD-MODELLE

In diesem Fall gingen wir von den beiden Detailgeometrien des Systems und seiner Komponenten aus – eine für jede zu untersuchende Höhe der Haube – und erstellten angepasste Strömungsmodelle, die es ermöglichten, die relevanten Bereiche zu untersuchen und den Netzaufwand in weniger wichtigen Bereichen zu reduzieren. Anschließend konfigurierten wir die CFD-Modelle unter Berücksichtigung des Ein- und Ausströmvolumens sowie der Betriebsbedingungen und der Korngröße und Dichte der Asche. Schließlich wählten wir ein Gitter, das es uns ermöglichte, kleine Strömungsschwankungen mit dem für die Validierung der vorgeschlagenen Methodik erforderlichen Detaillierungsgrad zu erfassen. Die folgende Abbildung zeigt eine Gesamtansicht des verwendeten Gitters:

UNTERSUCHUNG MITTELS CFD-SIMULATION

Nach der Definition der Modelle können wir die verschiedenen Fallstudien berechnen, indem wir die Gleichungen, die die Bewegung der Gase bei kompressibler Strömung und Turbulenz in der transienten Analyse beschreiben, numerisch lösen. Der Effekt der Zerstäubung wird durch einen Bereich modelliert, in dem Dampf entsteht, und einen weiteren, der als Wärmesenke fungiert, basierend auf Eingabedaten, die es ermöglichen, die Ergebnisse mit den experimentell beobachteten Daten abzugleichen. Zunächst bewerten wir die Konvergenzkriterien, indem wir die Residuen und die Stabilität der zu untersuchenden Parameter überwachen, insbesondere die Geschwindigkeiten und die Massenbilanzen. Nach der Bewertung wird überprüft, ob die Geschwindigkeitsverteilungen und die Durchflussverteilung mit den für jede Simulation bereitgestellten experimentellen Daten übereinstimmen. Die folgende Abbildung zeigt die Strömungslinien, die die Temperatur einer der untersuchten Konfigurationen darstellen: