Untersuchung und Optimierung eines Industrieofens mit feuerfesten Auskleidungen

PROJEKTDATEN

Kunden: PROYCO Datum: 2026 Simulationstechnologie: CFD

EINLEITUNG

Ziel dieses Projekts ist es, mögliche konstruktive Optimierungen eines Oxidators auf der Grundlage der vom Kunden vorgelegten Änderungsvorschläge zu untersuchen, um dessen Funktionsweise zu verbessern und deren Einfluss auf die Gesamtleistung des Systems zu bewerten. Zu diesem Zweck haben wir zunächst das Strömungsverhalten charakterisiert, indem wir das Geschwindigkeitsfeld, die Temperaturverteilung im Inneren der Anlage und den Aschemassenstrom bei verschiedenen Auslassdurchflussmengen mit den experimentellen Messwerten verglichen haben, die für die derzeit gebaute Anlage vorliegen. Zur Durchführung dieser Analyse haben wir Simulationen der numerischen Strömungsmechanik (CFD) verwendet, bei denen Modelle für kompressible Strömungen, die Berechnung diffusiver Spezies und das Modul für mit der Strömung gekoppelte Partikel mit Masse erforderlich waren. Die für das Projekt verwendete Software ist ScFlow von MSC Cradle.

CFD-MODELLE

In diesem Fall gingen wir von den detaillierten Geometrien des Systems und seiner Komponenten aus und erstellten angepasste Modelle für die Strömungsanalyse, die es ermöglichten, die relevanten Bereiche zu untersuchen und den Aufwandsbedarf für die Netzgenerierung in weniger relevanten Bereichen zu reduzieren. Anschließend haben wir die CFD-Modelle unter Berücksichtigung der Durchflussmengen und Zusammensetzungen der Ein- und Ausgangsgase sowie der Betriebsbedingungen und der Korngröße und Dichte der Asche konfiguriert. Schließlich haben wir ein Netz gewählt, das es uns ermöglichte, kleine Strömungsunterschiede und Druckabfälle mit dem für die Validierung der vorgeschlagenen Methodik erforderlichen Detaillierungsgrad zu erfassen. Die folgende Abbildung zeigt eine Gesamtansicht des in einer der Studien verwendeten Netzes:

UNTERSUCHUNG MITTELS CFD-SIMULATION

Nach der Definition der Modelle können wir die verschiedenen Fälle berechnen, indem wir die Gleichungen, die die Bewegung der Gase bei kompressibler Strömung beschreiben, numerisch lösen und dabei die Wärmeentwicklung und die Turbulenz in einer transienten Analyse berücksichtigen. Zunächst bewerten wir die Konvergenzkriterien, indem wir die Residuen und die Stabilität der untersuchten Parameter überwachen, insbesondere die Geschwindigkeiten und die Massenbilanzen. Für das Ausgangsmodell wird überprüft, ob die Geschwindigkeitsverteilungen und die Durchflussverteilung mit den bereitgestellten experimentellen Daten übereinstimmen, wodurch die Untersuchungsmethodik validiert wird. Die folgende Abbildung zeigt das Geschwindigkeitsfeld einer der untersuchten Konfigurationen: