Využití CFD jako nástroje pro optimalizaci návrhu průmyslového zařízení

Utilizing CFD as Efficient Tool for Improved Equipment Design

journal article - other

en

This paper presents a case study dealing with heat recovery system in an incinerator of waste sludge from a pulp mill. The aim of this study is to find an optimised design of additional measures to be installed in the exhaust duct of the incinerator that would help to prevent fouling in a connected heat exchanger. Computational Fluid Dynamics (CFD) approach is a natural choice for this application as no experimental evaluation of proposed solutions can be performed. Input data are obtained from the process using simpler balance-based approaches. CFD analysis is first used to find what causes the fouling and then to optimise the duct design in order to eliminate the undesirable phenomena. Several solution alternatives are proposed consisting of sets of vanes with different geometries. The finite volume model employed in the computations is described and the adopted approach, assumptions and simplifications are discussed. The studied alternatives are evaluated and the best of them is found using a flow uniformity index based on velocity distribution in a reference cross-section. It is concluded that the insight gained by CFD analysis is decisive for arriving at an improved design in this application.

Tento příspěvek se zabývá případovou studií, vypracovanou pro systém využití tepla na spalovně kalů z výroby celulózy. Cílem této práce bylo nalezení optimálních opatření pro zamezení zanášení výměníku tepla připojeného ke spalinovodu spalovny. CFD je přirozenou volbou pro řešení tohoto problému, díky tomu, že není možná žádná experimentální verifikace navržených alternativních řešení. Vstupní data pro simulaci byla získána z procesních údajů pomocí jednoduchých bilančních výpočtů. CFD analýza byla nejprve použita pro zjištění příčin zanášení výměníku a poté pro nalezení optimálního návrhu vestaveb spalinovodu, které mají za cíl odstranění nežádoucích jevů. Je navrženo několik variant řešení, skládajících se z různých sestav klapek s různou geometrií. Je popsána metoda výpočtu metodou konečných objemů, přijaté předpoklady a zjednodušení jsou podrobně diskutovány. Studované alternativy byly vyhodnoceny a nejlepší z nich byla identifikována pomocí indexu uniformity proudění založeného na rozložení rychlosti proudění v referenčním průřezu. Na závěr lze konstatovat, že CFD analýza je v této aplikaci rozhodujícím nástrojem pro nalezení vylepšeného návrhu zařízení.

This paper presents a case study dealing with heat recovery system in an incinerator of waste sludge from a pulp mill. The aim of this study is to find an optimised design of additional measures to be installed in the exhaust duct of the incinerator that would help to prevent fouling in a connected heat exchanger. Computational Fluid Dynamics (CFD) approach is a natural choice for this application as no experimental evaluation of proposed solutions can be performed. Input data are obtained from the process using simpler balance-based approaches. CFD analysis is first used to find what causes the fouling and then to optimise the duct design in order to eliminate the undesirable phenomena. Several solution alternatives are proposed consisting of sets of vanes with different geometries. The finite volume model employed in the computations is described and the adopted approach, assumptions and simplifications are discussed. The studied alternatives are evaluated and the best of them is found using a flow uniformity index based on velocity distribution in a reference cross-section. It is concluded that the insight gained by CFD analysis is decisive for arriving at an improved design in this application.

CFD, modelling

2004

01.01.2005

0145-7632

Heat Transfer Engineering

26

5

10