Analiza przepływów powietrza i ciepła w hucie Aluminium Dunkierka za pomocą modelu 3D i symulacji CFD, w związku z dodaniem 8. pieca.
Analiza skupia się na optymalizacji rozmieszczenia systemów napowietrzania w hucie aluminium w Dunkierce. Wykonano symulacje numeryczne CFD, aby przeanalizować przepływy płynów i ocenić warunki cieplno-powietrzne zakładu, a następnie przedstawić dokładne zalecenia optymalizujące rozmieszczenie systemów napowietrzania.
Najważniejsze. Aluminium Dunkierka chce dodać 8. piec w odlewni chłodzonej wentylacją naturalną (7 pieców o temperaturze około 750 °C). Audyt na obiekcie (próby dymowe, sondy temperatury, kamera termowizyjna) oraz dane meteorologiczne z Dunkierki zasiliły model CFD 3D. Wynik: aerator ciesielski nad piecem 8 i zamknięcie przeciwskutecznej żaluzji obniżają temperaturę pod dachem przy niemal niezmienionym wydatku wyciągu.
Wykonana analiza dotyczy rozmieszczenia otworów napowietrzających w celu poprawy komfortu cieplnego huty Aluminium Dunkierka, która ma układ chłodzenia wentylacją naturalną. Zakład składa się z 7 pieców i linii produkcji wlewków, a w celu zwiększenia zdolności produkcyjnej rozważa się budowę 8. pieca. Temperatura tych pieców wynosi około 750°C oraz wewnątrz zakładu powstaje więc znaczny ruch gorącego powietrza.
Hala odlewni wyposażona jest w 4 duże aeratory ciesielskie, 13 aeratorów statycznych oraz żaluzje na niektórych elewacjach budynku. Celem tej analizy będzie zatem sprawdzenie, czy obecny system napowietrzania wystarcza przy dodaniu 8. pieca, a jeśli nie — znalezienie sposobu zaradzenia temu.
Aerator ciesielski to świetlik wyciągowy o dużych wymiarach wbudowany w konstrukcję dachu. Bez napędu odprowadza gorące powietrze ciągiem termicznym na szerokim przekroju, co czyni go skutecznym nad źródłami bardzo gorącymi, takimi jak piec.
Celem wykonanego audytu było zebranie możliwie największej liczby informacji o pracy obiektu w zakresie temperatury i ruchu powietrza. Zastosowano do tego różne próby i narzędzia pomiarowe. Próbę dymową wykonano wytwornicą dymu, która wytworzyła znaczną ilość dymu w kubaturze. Pozwoliło to zobrazować makroskopowy ruch przepływów powietrza wewnątrz obiektu.
Użyty dym był nieszkodliwy dla środowiska i został wytworzony z niezanieczyszczającej cieczy na bazie wody i glikolu. W czasie tych prób wykonano nagrania, aby przeanalizować zjawiska obserwowane na miejscu. Do pomiaru temperatury powietrza użyto przyrządów, takich jak sondy teleskopowe ze świadectwem wzorcowania, aby odczytać temperatury i prędkości powietrza na obiekcie. Wyniki prób dymowych pokazały, że przepływy powietrza w pobliżu pieców są przede wszystkim wznoszące.
Następnie zdjęcia termowizyjne posłużyły do uwidocznienia głównych źródeł zjawisk cieplnych oraz strefy o większym i mniejszym nasyceniu ciepłem.
Zmierzone temperatury porównano z wynikami Symulacje CFD, aby sprawdzić ich spójność.
Uwzględniono emisyjność poszczególnych powierzchni przy szacowaniu temperatur.
Wszystkie otwory napowietrzające, otwory i przejścia powietrza na obiekcie zostały rozpoznane w czasie audytu. Pozwala to wiernie odwzorować zakład w symulacjach, z uwzględnieniem również dostarczonych rysunków. Rozpoznano cztery rodzaje otworów: bramy całkowicie otwarte, żaluzje na elewacjach, aeratory ciesielskie i aeratory statyczne. Audyt pozwolił także ustalić całościową geometrię odlewni i poszczególne kubatury wpływające na przepływ powietrza. Te informacje o temperaturach, ruchu powietrza, otworach i geometrii obiektu mają zasadnicze znaczenie dla zrozumienia i wiernego odwzorowania zakładu w symulacjach. Posłużą również jako podstawa do sformułowania zaleceń optymalizujących warunki cieplno-powietrzne na obiekcie.
Dane klimatologiczne stacji meteorologicznej Dunkierka mają zasadnicze znaczenie dla określenia zewnętrznych warunków klimatycznych niezbędnych do analizy wentylacji zakładu. Zebrane informacje obejmują prędkość i kierunek wiatru oraz średnią temperaturę minimalną w zimie i średnią temperaturę maksymalną w lecie.
Ponadto uwzględniono również najbardziej skrajne zarejestrowane szczyty temperatur. Dane te odgrywają rolę rozstrzygającą w dostosowaniu strategii wentylacji i klimatyzacji, aby zapewnić optymalny komfort operatorów zakładu przez cały rok.
Numeryczna mechanika płynów, po angielsku Computational Fluid Dynamics (CFD), to metoda numeryczna pozwalająca analizować przepływy płynów w danym środowisku. Metoda ta korzysta z równań różniczkowych cząstkowych do rozwiązywania zagadnień przepływu płynów, które często nie dają się rozwiązać analitycznie.
W odniesieniu do budynków analiza CFD może dostarczyć informacji o prędkościach powietrza, ciśnieniach i temperaturach wewnątrz i wokół przestrzeni budowlanych. Pozwala to lepiej zrozumieć warunki warunki cieplno-powietrzne, w szczególności przy projektowaniu instalacji wentylacji i klimatyzacji.
Symulacje CFD są szczególnie przydatne, aby optymalizować komfort wewnętrzny przez zapewnienie odpowiednich i dobrze rozłożonych przepływów powietrza, co przyczynia się do poprawy efektywności energetycznej i dobrego samopoczucia użytkowników. Modelowanie geometryczne jest etapem zasadniczym w symulacjach CFD. Polega na wiernym odwzorowaniu geometrii analizowanego obiektu lub budynku. Pozwala to określić warunki brzegowe, takie jak rodzaj przegród, powierzchnie otwarte na zewnątrz, wewnętrzne zyski ciepła itd. Modelowanie geometryczne pozwala również uprościć model przez usunięcie elementów nieistotnych dla analizy cieplno-powietrznej, co ułatwia interpretację wyników.
Podsumowując, symulacje CFD służą do analizy przepływów płynów przy projektowaniu budynków. Pozwala optymalizować warunki cieplno-powietrzne, poprawiać komfort wewnętrzny i optymalizować efektywność energetyczną. Modelowanie geometryczne oraz siatka modelu to etapy kluczowe w tym procesie, podobnie jak określenie warunków brzegowych oraz zastosowanie odpowiednich modeli turbulencji.
Celem tej analizy było sprawdzenie prawidłowej pracy przepływowej obiektu po dodaniu nowego pieca 8. W tym celu zbadano kilka scenariuszy. Pierwszy scenariusz odpowiadał stanowi istniejącemu, z systemami wyciągu powietrza w obecnym układzie i warunkami zewnętrznymi opartymi na analizie meteorologicznej. Wyniki wykazały jednak brak równowagi rozkładu temperatury między północną i południową stroną obiektu, z powodu braku okapu odciągowego dla pieca 8 i aeratora ciesielskiego. Drugi scenariusz objął dodatkowe aeratory statyczne nad piecem 8. Wyniki wykazały, że dodanie tych aeratorów pozwala szybciej i celniej odprowadzać powietrze obciążone ciepłem, poprawiając tym samym pracę przepływową obiektu.
Po wynikach drugiego scenariusza przeanalizowano trzeci scenariusz, obejmujący zamknięcie żaluzji uznanej za przeciwskuteczną. Scenariusz ten pokazał, że zamknięcie tego otworu sprzyja uwarstwieniu gorącego powietrza, dając lepszy ciąg termiczny oraz skuteczniejsze odprowadzanie powietrza obciążonego ciepłem. Wyniki te wykazują zatem znaczenie właściwego rozmieszczenia systemów wyciągu powietrza i otworów napowietrzających dla prawidłowej pracy przepływowej obiektu. Wynikające z nich zalecenia zachęcają do dodania ukierunkowanych aeratorów, aby ułatwić skuteczniejsze odprowadzanie powietrza obciążonego ciepłem, oraz do zamknięcia niektórych otworów, aby sprzyjać optymalnemu uwarstwieniu gorącego powietrza.
W tej analizie zbadano dwa układy, aby ocenić skuteczność odciągu pyłu przy pracy pieca 8 z otwartymi drzwiami. Pierwszym układem był układ bazowy, drugi obejmował natomiast dodanie aeratorów statycznych i zamknięcie niewłaściwej żaluzji. Analiza ta łączy się z naszą specjalizacją w zakresie analizy rozprzestrzeniania proszków i pyłu zawieszonego.
Ciąg termiczny to wznoszący ruch powietrza wynikający z jego rozszerzania się przy ogrzewaniu: lżejsze, unosi się i uchodzi przez otwory górne, zasysając powietrze świeże od dołu. To motor wentylacji naturalnej. Zjawisko to należy do dobór aeratorów statycznych.
Wykonane symulacje objęły następnie montaż nowego aeratora ciesielskiego nad piecem 8. Wyniki symulacji pokazały, że nowo dodany aerator ciesielski ma wpływ znaczący na przepływy powietrza. Obserwuje się zanik strumienia skierowanego od piecem 8 do małych aeratorów ciesielskich już istniejących.
W odniesieniu do rozkładu temperatura wyniki wskazują rozkład podobny do poprzednich scenariuszy, ale z wyraźnym obniżeniem temperatury pod dachem dzięki obecności aeratora ciesielskiego.
Temperatura pod dachem obniża się znacznie dzięki szybkiemu odprowadzeniu gorącego powietrza obciążonego ciepłem przez aerator ciesielski. Wyniki podkreślają również, że całkowity wydatek wyciągu pozostaje w zasadzie niezmienny, z lekkim wzrostem względem układu istniejącego. Wyniki te wykazują skuteczność aeratora ciesielskiego dodanego nad piecem 8 w szybkim odprowadzaniu gorącego powietrza obciążonego ciepłem. Zmiana ta przyczynia się zatem do poprawy przepływów powietrza i warunków cieplnych w budynku.
Analiza radiacyjna w ramach analizy cieplno-powietrznej zakładu pozwala lepiej zrozumieć wpływ promieniowania cieplnego, ocenić oddziaływanie między nim a promieniowania oraz konwekcją oraz wskazać strefy wymagające korekt, aby zoptymalizować warunki cieplne wewnątrz zakładu. Pozwala to poprawić komfort pracowników i zapobiec problemom przegrzania i optymalizować efektywność energetyczną w zakładzie.
Promieniowanie cieplne to przekazywanie ciepła falami elektromagnetycznymi, bez kontaktu i bez pośrednictwa powietrza. Bardzo gorący piec ogrzewa w ten sposób bezpośrednio przegrody znajdujące się przed nim, poza samym powietrzem: to zysk odrębny od konwekcji, wymagający osobnego ujęcia.
Wykonano zatem symulacje, aby ocenić przepływ radiacyjny od piecem 8 do przegrody otaczające w dwóch różnych scenariuszach. Pierwszy scenariusz odpowiada zwykłemu układowi, w którym piec 8 jest zamknięty. Wyniki pokazały, że znaczne strumienie radiacyjne przyjmowały elewacja północna, ściana naprzeciw pieca oraz dach niski, przy temperaturach maksymalnych dochodzących do około 70°C. Drugi scenariusz dotyczy pieca 8 otwartego, o temperaturze wewnętrznej 500°C, aby uwzględnić chłodzenie otwartego pieca. Te same strefy podlegają wówczas również znacznym strumieniom radiacyjnym, przy temperaturach maksymalnych rzędu 75°C.
Wyniki te wykazują znaczący wpływ przepływu radiacyjnego od pieca 8 na przegrody otaczające. Uwidaczniają strefy przyjmujące największe strumienie radiacyjne, w szczególności elewacja północna, ścianę naprzeciw pieca 8 oraz dach niski.
Doświadczenie naszej firmy pozwoliło znaleźć rozwiązania techniczne dla dodania nowego pieca w zakładzie oraz poprawić komfort cieplny pracowników. Wprowadzone zmiany doprowadziły do znacznego obniżenia temperatur pod dachem i w strefach pracy, a także do poprawy napowietrzania przez ograniczenie strumieni gorącego powietrza w określonych miejscach.
Analiza radiacyjna pozwoliła również wskazać trzy strefy o intensywniejszym przepływie radiacyjnym, mogące stanowić zagrożenie dla pracowników. Wyniki przyczyniają się do poprawy zrozumienia przepływów powietrza i warunków cieplnych i pozwalają sformułować zalecenia optymalizujące napowietrzanie, temperaturę i ogólnie warunki pracy wewnątrz obiektu.
Do zapamiętania. Dodanie źródła ciepła do hali wentylowanej naturalnie nie sprowadza się do wybicia jeszcze jednego otworu: to położenie aeratorów i ukierunkowane zamknięcie niektórych otworów przywracają skuteczny ciąg termiczny, przy ujęciu konwekcji i promieniowania razem.
Wentylacja naturalna, aeratory ciesielskie i promieniowanie pieców w hucie aluminium.
Tak, pod warunkiem ponownego doboru napowietrzania. Analiza pokazuje, że po dodaniu aeratora ciesielskiego nad piecem 8 i zamknięciu przeciwskutecznej żaluzji obiekt odprowadza gorące powietrze ósmego pieca bez wentylatora. Pokrewne postępowanie przeprowadziliśmy w projekcie wentylacja naturalna huty stali.
Źle umieszczony otwór może zwierać ciąg termiczny, wpuszczając powietrze tam, gdzie gorące powietrze powinno się unosić. Zamknięcie go sprzyja uwarstwieniu gorącego powietrza i skuteczniejszemu odprowadzaniu przez aeratory dachowe.
Ujmuje liczbowo przepływ radiacyjny od pieca do przegród, odrębny od konwekcji. Wskazała trzy strefy (elewacja północna, ściana naprzeciw pieca, dach niski) przyjmujące do 75 °C, mogące stanowić ryzyko dla operatorów.
Umieszczony najbliżej źródła ciepła odprowadza ciągiem termicznym powietrze obciążone ciepłem, zanim rozejdzie się pod dachem. Całkowity wydatek wyciągu pozostaje niemal niezmieniony, ale gorące powietrze wychodzi szybciej i bliżej pieca.
Kamera termowizyjna mierzy rzeczywiste temperatury powierzchni na obiekcie; zestawienie ich z wynikami symulacji pozwala sprawdzić spójność modelu i dostroić go przed badaniem scenariuszy niezrealizowanych.
Poznaj nasze kompetencje, projekty i opracowania techniczne, aby wyjść poza FAQ.
Wykonana analiza dotyczy optymalnego rozmieszczenia otworów napowietrzających w celu poprawy komfortu cieplnego huty Aluminium Dunkierka, która korzysta z układu chłodzenia wentylacją naturalną. Celem jest ustalenie, czy obecny system napowietrzania wystarcza przy dodaniu 8. pieca i — w razie potrzeby — zaproponowanie rozwiązań. Wykonano różne pomiary wstępne, takie jak próby dymowe do obserwacji ruchu powietrza, pomiary temperatury i zdjęcia termowizyjne do wskazania źródeł ciepła. Dane te posłużyły do utworzenia modelu 3D zakładu, w którym wykonano symulacje numeryczne CFD. Symulacje CFD pozwalają analizować przepływy płynów i odwzorować warunki cieplno-powietrzne zakładu. Wyniki pokazały, że dodanie niektórych aeratorów pozwoliłoby szybciej i celniej odprowadzać gorące powietrze, poprawiając tym samym pracę przepływową obiektu. Podsumowując, analiza ta pozwoliła wyznaczyć optymalne rozmieszczenie otworów napowietrzających dla poprawy komfortu cieplnego huty Aluminium Dunkierka w związku z dodaniem 8. pieca. Wyniki symulacji CFD dostarczyły dokładnych zaleceń optymalizujących efektywność energetyczną i dobre samopoczucie operatorów zakładu.
Specjalizacje CFD, wykonane projekty i opracowania techniczne: cała dziedzina Przemysł w jednym miejscu.
Najprościej jest po prostu porozmawiać. Nasi inżynierowie odpowiadają pierwszą analizą techniczną.
