PROJEKTDETAILS

• Auftraggeber: Bioazul & Captoplastic
• Termin: 2024-2025
• Technologie: CFD-Simulation

   

EINFÜHRUNG

In diesem Projekt haben wir die Strömung in einer industriellen Wasseraufbereitungsanlage untersucht und optimiert. Dazu haben wir Simulationen der numerischen Strömungsmechanik (CFD) verwendet, für die turbulente Strömungsmodelle und Luft-Wasser-Mehrphasensimulationsmodelle erforderlich waren. Die für das Projekt verwendete Software ist ScFlow von MSC Cradle.  

ERSTE STUDIE MIT CFD-SIMULATION

In dieser Phase haben wir den Vorschlag für die Erstausrüstung untersucht. Es liegen experimentelle Ergebnisse mit einem kleinen Modell im Labormaßstab vor, bei dem die Reinigungsleistung in Abhängigkeit vom Einlassdurchsatz getestet wurde. Zunächst wurden CFD-Modelle der Laborausrüstung mit den entsprechenden Netzen und Randbedingungen erstellt und Simulationen gestartet. Die Nachbearbeitung dieser Studien zeigt Ergebnisse, die gut mit den experimentellen Messungen übereinstimmen, wodurch die Methodik validiert wird. Anschließend wird die Anlage im industriellen Maßstab untersucht. Zu diesem Zweck behalten wir die in den vorherigen Modellen verwendete Netzdichte bei und führen die CFD-Studien durch. Anhand der erhaltenen Geschwindigkeitsfelder lassen sich unter Berücksichtigung der Informationen aus der Studie im Labormaßstab verbesserungswürdige Bereiche identifizieren, die eine Optimierung des Designs erfordern. In dieser Phase wird auch eine Studie zur Belüftung der Anlage mit Hilfe einer Mehrphasensimulation unter Verwendung eines Eulerschen Modells durchgeführt. Das Ergebnis einer Luft-Isofläche ist in der folgenden Abbildung zu sehen.

OPTIMIERUNG DER STRÖMUNG IN DER ANLAGE

In dieser Phase haben wir daran gearbeitet, die Effizienz der Anlage zu verbessern und die Geschwindigkeit innerhalb der Anlage zu reduzieren und zu homogenisieren. Zu diesem Zweck definieren wir eine Reihe von Verbesserungsvorschlägen, indem wir die Ein- und Ausgänge des Systems variieren und Elemente in das System einführen, um eine homogene Verteilung zu fördern. Die Vorschläge müssen stets mit den Einschränkungen der Anlage und der umgebenden Systeme vereinbar sein und werden daher mit dem Kunden abgestimmt, bevor die CFD-Simulation durchgeführt wird. Nach der Berechnung und Nachbearbeitung der neuen Entwürfe kommen wir zu einer Konfiguration, bei der die Wassergeschwindigkeiten sehr nahe am theoretischen Minimum bei der gewünschten Anlagengröße liegen.  

PLANUNG UND OPTIMIERUNG DER ANSCHLÜSSE AN DIE ANLAGE

In der vorangegangenen Phase wurde auf der Grundlage der numerischen und experimentellen Ergebnisse im Labormaßstab ein geeigneter Geräteentwurf erstellt. Nun muss nur noch ein Anschlusssystem für die Anlage entworfen werden, das eine angemessene Verteilung des Stroms ermöglicht, der durch ein einziges Rohr zirkuliert und über mehrere Kanäle in die Anlage gelangen muss. Aufgrund von Platz- und Betriebsbeschränkungen sind einige Vorschläge, die auf Regelelementen basieren, nicht realisierbar. Aus diesem Grund wird an der Entwicklung eines Systems mit einem Verteiler gearbeitet, der die Verteilung des Durchflusses erleichtert, indem er das mit hoher Geschwindigkeit eintretende Wasser verlangsamt und eine gleichmäßige Verteilung an den Einlässen zu den Geräten erreicht. Eine ähnliche Vorrichtung ist auch für den Auslass vorgesehen, um lokale Beschleunigungen im System zu verringern. Das folgende Bild zeigt ein Beispiel für eine der im Prozess untersuchten Konfigurationen mit einigen Stromlinien.