Analiza wyrzutu ciepła 18 sprężarek spalinowych ustawionych piętrowo na pokładzie statku offshore na Morzu Bałtyckim, aby zapewnić niezawodność instalacji i komfort techników.
EOLIOS specjalizuje się w optymalizacji złożonych przepływów powietrza i komforcie wiatrowym. W ramach dużego projektu przemysłowego poproszono nas o analizę zachowania cieplno-przepływowego potężnego układu sprężania zamontowanego na pokładzie statku offshore pracującego na Morzu Bałtyckim. Wyzwanie było poważne: odwzorować wymianę ciepła 18 sprężarek spalinowych ustawionych piętrowo, aby zapewnić niezawodności instalacji instalacji technicznych oraz bezpieczeństwo prac.
Najważniejsze. Na pokładzie statku offshore na Morzu Bałtyckim 18 sprężarek spalinowych 224 kW każda wyrzuca powietrze o temperaturze blisko 65 °C. Mimo wiatru czołowego 6 m/s bryła statku więzi ciepło: symulacje CFD ujawniają recyrkulację gorącego powietrza, bąble ciepła sięgające 47 °C w strefach prac oraz nieszczelności na poziomie 30 % w układach wyrzutu. Rozwiązanie potwierdzone przez EOLIOS zmniejsza te nieszczelności do 3 % i zabezpiecza jednocześnie maszyny i techników.
EOLIOS jest liderem symulacji CFD dla procesów. Nasze analizy opierają się na doświadczeniu z kampanii pomiarowych w warunkach rzeczywistych i z około stu obiektów odwzorowanych na całym świecie.
W środowisku morskim narażonym na duże wydzielanie ciepła standardowe rozwiązania wentylacyjne pokazują swoje granice. Dzięki analizie łączącej modelowanie 3D i symulacji CFD EOLIOS przeanalizował rzeczywiste zachowanie przepływu powietrza wokół 18 sprężarek spalinowych i zaproponował konkretne rozwiązania optymalizujące odprowadzanie wyrzutu, poprawiające komfort cieplny oraz zapewniające niezawodności instalacji w strefach produkcyjnych.
Zlecenie opierało się na czterech celach:
Modelowanie statek, jego przeszkody dla przepływu powietrza i 18 sprężarek w rzeczywistych warunkach pogodowych.
Zmierzyć temperatury zasysania maszyn i temperatury otoczenia w strefach prac.
Wskazać mechanizmy recyrkulacji i zastoju odpowiedzialne za przegrzewanie.
Potwierdzić rozwiązanie odprowadzania wyrzutu zapewniające ciągłość pracy i bezpieczeństwo techników.
Aby podołać temu wyzwaniu, nasi inżynierowie opracowali pełnego Cyfrowy bliźniak statku i jego instalacji technicznych. Wierne odwzorowanie złożonej geometrii konstrukcji i rozmieszczenia urządzeń na pokładzie jest kluczowe, aby uchwycić zjawiska śladu aerodynamicznego i recyrkulacji.
„Cyfrowy bliźniak” to wirtualna kopia 3D rzeczywistej instalacji: geometria, źródła ciepła, wloty i wyloty powietrza, warunki pogodowe. Stanowi podstawę symulacji CFD, aby badać zachowanie instalacji w scenariuszach niemożliwych do odtworzenia na obiekcie: wiatry skrajne, pełne obciążenie, warianty projektowe.
Modelowanie objęło intensywne warunki pogodowe charakterystyczne dla Morza Bałtyckiego, z utrzymującym się wiatrem czołowym 6 m/s w połączeniu z wysoką temperaturą zewnętrzną. Główna trudność tej analizy polegała na dokładnym zamodelowaniu tych niestabilnych warunków brzegowych, w których napływające powietrze napotyka bryłę statku wytwarzającą liczne strefy zastoju i oderwania strugi. Strefy te ograniczają wymianę powietrza wokół instalacji technicznych. Bez wentylacji wymuszonej i ukierunkowanej stają się one pułapkami cieplnymi, w których wyrzucane ciepło zastaje, podnosząc miejscowo temperaturę otoczenia niezależnie od siły wiatru zewnętrznego.
Skupienie 18 sprężarek w ograniczonej przestrzeni oznacza kolosalne obciążenie cieplne. Każda jednostka rozwija bowiem moc całkowitą 224 kW, wytwarzając potężny strumień ciepła, który trzeba odprowadzać w sposób ciągły, aby zachować integralność układu. W czasie pracy powietrze jest wyrzucane w temperaturze wylotowej bliskiej 65 °C, tworząc prawdziwe ognisko ciepła w sercu statku. Bez rygorystycznego zarządzania przepływem ryzyko przegrzania jest natychmiastowe: symulacje pokazały, że temperatury zasysania mogą szybko osiągnąć próg krytyczny urządzeń, co zagraża integralności maszyn i ciągłości pracy.
O „recyrkulacji” mówimy, gdy część gorącego powietrza wyrzuconego przez maszynę jest ponownie zasysana, przez nią samą lub przez jednostkę sąsiednią, zamiast zostać odprowadzona. Temperatura zasysania rośnie wtedy powyżej temperatury zewnętrznej, co pogarsza sprawność i może doprowadzić do przejścia urządzenia w stan bezpieczny.
Nasi inżynierowie wskazali dwa odrębne zjawiska fizyczne pogarszające parametry pracy:
Recyrkulacje bezpośrednie (pętle krótkie): gorące powietrze wyrzucane z wylotów niektórych sprężarek było natychmiast zasysane przez wloty powietrza jednostek sąsiednich.
Recyrkulacje pośrednie (ogrzewanie otoczenia): ciepło zastające wokół konstrukcji powodowało ogólny wzrost temperatury powietrza otaczającego, „zanieczyszczając” tym samym świeże powietrze jeszcze przed zassaniem przez urządzenia.
Zjawiska recyrkulacji wynikają wprost z zamknięcia konstrukcyjnego, w którym zwarte rozmieszczenie sprężarek wraz z obecnością masywnych przeszkód architektonicznych więzi powietrze na pokładzie. Taki układ utrudnia obieg strumieni i uniemożliwia konwekcji naturalnej odgrywanie roli regulatora cieplnego, tworząc strefy zastoju, w których ciepło gromadzi się bez możliwości odpływu. Bez skutecznego przewietrzania świeżym powietrzem bryła statku zaczyna działać jak pułapka, wymuszając ponowne zasysanie gorącego powietrza i pogarszając tym samym ogólne parametry instalacji.
Komfort techników i personelu utrzymania ruchu był dla klienta również sprawą kluczową, poza samymi zagadnieniami parametrów cieplnych urządzeń. Prace ludzi na pokładzie wymagają bowiem warunków otoczenia zgodnych z pracami utrzymania ruchu, czasem długimi, wykonywanymi w bezpośredniej bliskości źródłami ciepła.
Fizyka przepływu pokazuje, że bez rozwiązania zoptymalizowanego zastające ciepło tworzy „bąble ciepła”, sięgające nawet 47 °C, co czyni prace na pokładzie skrajnie uciążliwymi, a nawet niebezpiecznymi. Takie skupiska ciepła pojawiają się głównie w strefach słabego mieszania powietrza, gdzie gorące smugi wychodzące z urządzeń mają tendencję do skupiania się bez prawidłowego odprowadzenia.
Zagadnienie bezpieczeństwa pracy. W temperaturze 47 °C organizm nie odprowadza już własnego ciepła: pocenie przestaje być skuteczne, tętno gwałtownie rośnie, a ryzyko udaru cieplnego pojawia się w ciągu kilkudziesięciu minut. Długa praca utrzymania ruchu w takim bąblu ciepła nie jest tylko niekomfortowa, jest niebezpieczna.
Analiza skupiła się na gospodarce strumieniami wyrzutu, aby skanalizować gorące powietrze z dala od stref wrażliwych. Nasze pierwsze analizy ujawniły poważne wyzwanie techniczne: nieszczelności gorącego powietrza na poziomie 30 % na połączeniach układów wyrzutu, co niweczyło część korzyści i utrzymywało miejscowe przegrzewanie.
Prace techniczne dotyczyły opracowania całkowicie szczelnego połączenia między sprężarkami a kanałami wyrzutowymi. Taki układ jest niezbędny, aby skanalizować powietrze wyrzucane w temperaturze 65 °C i zamienić ciśnienie resztkowe maszyn na prędkość wyrzutu zdolną przebić strefy śladu aerodynamicznego konstrukcji. Przejście na układ szczelny wymaga jednak opanowania straty ciśnienia wywołanych złożoną geometrią i kolanami kanałów, które działają jak opory przepływu. Sprawa staje się wtedy krytyczna: jeśli straty ciśnienia przekroczą ciśnienie statyczne dostępne na wylocie, strumień powietrza załamuje się, powodując przegrzanie wnętrza urządzeń.
„Strata ciśnienia” oznacza ubytek ciśnienia płynu przepływającego przez instalację: opory tarcia o ścianki, kolana, przewężenia, połączenia. Im bardziej instalacja jest kręta, tym większy opór; jeśli przekroczy on ciśnienie dostępne, strumień spada i odprowadzanie ciepła przestaje być zapewnione.
Dzięki symulacji CFD EOLIOS potwierdził rozwiązanie zmniejszające nieszczelności z 30 % do zaledwie 3 %, co sprawia, że cała energia pneumatyczna jest skierowana na wyrzut i kompensuje opory instalacji. Ten zysk parametrów zapewnia przewagę świeżego powietrza wokół instalacji, zamieniając układ wysokiego ryzyka w środowisko pracy bezpieczne i opanowane termicznie.
Analiza ta pokazuje znaczenie wkładu Modelowanie numeryczne na etapie projektowania lub modernizacji. Ujawniając ryzyka cieplne na długo przed rzeczywistym montażem, umożliwiliśmy klientowi skorygowanie projektu, aby zapewnić maksymalną skuteczność w warunkach najbardziej surowych.
Pracujesz nad projektem, w którym gospodarka strumieniami ciepła i komfort operatorów mają znaczenie decydujące? Skorzystaj z naszych doświadczenie w CFD, aby zabezpieczyć swoje decyzje i zoptymalizować prace już na etapie analizy.
Kompetencje: analiza CFD agregatów prądotwórczychRecyrkulacja gorącego powietrza, chłodzenie na morzu i wkład symulacji CFD.
Zwarte rozmieszczenie jednostek i przeszkody architektoniczne statku tworzą strefy śladu aerodynamicznego, w których powietrze zastaje. Powietrze wyrzucane w temperaturze blisko 65 °C jest wtedy albo natychmiast zasysane przez wloty jednostek sąsiednich (pętla krótka), albo ogrzewa całe otoczenie przed zassaniem (recyrkulacja pośrednia), pogarszając parametry całości.
Nie. Nawet przy utrzymującym się wiatrze czołowym 6 m/s bryła statku wytwarza strefy zastoju i oderwania strugi, które ograniczają wymianę powietrza wokół instalacji. Bez wentylacji ukierunkowanej strefy te stają się pułapkami cieplnymi, w których ciepło gromadzi się niezależnie od siły wiatru zewnętrznego.
Obliczenie klasyczne rozumuje w bilansach całkowych i nie widzi zjawisk miejscowych: recyrkulacji, śladów aerodynamicznych, bąbli ciepła. CFD rozwiązuje pole prędkości i temperatury w każdym punkcie obszaru i ujawnia te niewidzialne mechanizmy, pozwalając badać warianty projektowe przed jakimkolwiek rzeczywistym montażem.
Przez opracowanie całkowicie szczelnego połączenia między sprężarkami a kanałami wyrzutowymi, potwierdzonego symulacją. Ciśnienie resztkowe maszyn zamienia się na prędkość wyrzutu zdolną przebić strefy śladu aerodynamicznego, przy jednoczesnym opanowaniu strat ciśnienia instalacji, aby nie obniżyć strumienia.
Tak. Ta sama metodyka (cyfrowy bliźniak, rzeczywiste warunki pogodowe, analiza recyrkulacji) ma zastosowanie do agregatów prądotwórczych, siłowni okrętowych, platform offshore i każdego procesu wyrzucającego ciepło w przestrzeni zamkniętej lub półotwartej.
Przejrzyj nasze specjalizacje, projekty i opracowania techniczne, aby wyjść poza FAQ.
Ta analiza cieplno-przepływowa dotyczy strumienie powietrza oraz wyrzutów ciepła 18 sprężarek spalinowych zamontowanych na pokładzie statku offshore na Morzu Bałtyckim. Dzięki modelowaniu 3D wysokiej wierności oraz Zaawansowane symulacje CFD inżynierowie wskazali krytyczne zjawiska recyrkulacji ciepłego powietrza oraz zastoju ciepła, mogące prowadzić do temperatur groźnych dla urządzeń i techników. Analiza pozwoliła opracować zoptymalizowane rozwiązanie zamknięcia i odprowadzania strumieni, silnie zmniejszające nieszczelności gorącego powietrza i poprawiające jednocześnie niezawodności instalacji uruchomienie komfort termiczny operatorów i ogólne bezpieczeństwo układu w surowych warunkach klimatycznych.
Poza przypadkiem morskim postępowanie to można przenieść na każdą instalację wyrzucającą ciepło w przestrzeni ograniczonej: agregaty prądotwórcze, siłownie okrętowe, dachy techniczne, platformy przemysłowe. Aby czytać dalej:
Specjalizacje CFD, zrealizowane projekty i opracowania techniczne: cała dziedzina procesów przemysłowych w jednym miejscu.
Najprościej omówić go razem. Nasi inżynierowie odpowiedzą, przedstawiając wstępną ocenę techniczną.
