Кейс: Компьютерное моделирование процесса нагрева продукта в резервуаре в программе Ansys
Время
Август 2022 г
Объект моделирования
Резервуар подогретой воды уличного исполнения объемом 100 м3
Задачи
Разработка компьютерной модели
Анализ результатов моделирования
Составление заключения и рекомендаций
Комментарий
Задача по моделированию была поставлена на этапе расчетов требуемой мощности и геометрических характеристик нагревательных элементов, монтируемых в объем резервуара, для поддержания температуры в диапазоне плюс 5-25С и исключающих локальное промерзание в зонах контакта «мостиков холода» (опорных конструкций, проушин, уголков).
Описание выполненных работ
На основании требований Заказчика и исходных данных, а именно конструктивных и сборочных чертежей деталей и узлов резервуара, предварительный расчет требуемой мощности ТЭНов, было проведено компьютерное моделирование.
На первом этапе проводилось уточнение расчетов тепловых потерь через существующие «мостики холода». Полученные результаты свидетельствовали о достаточной точности предварительного расчета по всей поверхности резервуара, однако эти значения показали всю сложность задачи, при сопоставлении величин тепловых потерь и площадей зон были заметны участки, на которых возможно локальное промерзание объема воды.
На втором этапе было начато построение геометрии модели в соответствии с чертежами Заказчика. В программе компьютерного моделирования были отстроены объем резервуара, включающий в себя два смежных домена, а именно объем воды и воздуха, стенка резервуара с наружной изоляцией, «мостики холода», ТЭНы.
Рабочее пространство модели
На третьем этапе проводилось построение сетки расчетной модели. После многочисленных проб и ошибок было принято решение об упрощении геометрии опор, проушин и уголков на эквивалентные, ввиду их относительно мелких геометрических размеров и появления дефектов сетки модели. В итоговой сетке число ячеек превысило 18 млн. шт.
Пристеночный слой в жидкостной зоне модели
На четвертом этапе исходя из особенностей протекания внутренних процессов были настроены граничные условия модели. Для расчета было принято решение об использовании нестационарности по времени с заданием начальных условий приближенным к требуемым Заказчиком.
На пятом этапе производился запуск расчета с промежуточной остановкой и проверкой адекватности и точности модели. Ввиду большой нагрузки, отношение моделируемого времени к реальному составила 1/8, те расчет 1ого часа процесса занимал приблизительно 8 часов реального времени, при полной загрузки процессора. При нарушении или выявлении неточности, расчет останавливался, модель корректировалась, расчет запускался вновь. После расчета 3 часов процесса результаты экстраполировались и проводился анализ.
При анализе данных сделано заключение что в пристенных областях жидкости, граничащими с опорами, наблюдается падение температуры до значения 1 °С за 3 часа в симуляции, что объясняется слабо протекающей циркуляцией на дне резервуара. Сделан вывод о неизбежности промерзания данной зоны в течение суток с постепенным накоплением массы льда.
Область жидкости около стенки в сечении крайней опоры
По результатам моделирования составлен отчет с рекомендациями.
Подробнее ознакомиться с этапами моделирования и полученной визуализацией процессов можно по фотографиям.
Фото цифровых моделей, выполненных в процессе работы
Поле скоростей в жидкости
Средняя по объему температура воды
Поле температур в жидкости
Векторное поле скоростей в жидкости
Падение температуры продукта около стенки с опорой
Про нас
Мы занимаемся тепловыми расчетами более 12 лет. Огромный опыт подбора, установки и наладки оборудования, а также профильное образование наших инженеров вкупе с постоянным повышением квалификации позволяет успешно работать с самыми специфичными объектами.
Мы используем проверенные системы расчета и подбора техники. Устройства подбираются индивидуально под каждый объект в зависимости от технических условий и пожеланий заказчика. Для поставки доступно современное оборудование, отвечающее высоким стандартам качества и безопасности.
Основы нашего подхода к работе:
Рациональность. Если вы не знаете, какой агрегат будет экономичнее и эффективнее в долгосрочной перспективе, мы учтем все факторы, влияющие на это — специфику производства, географическое расположение, доступность тех или иных видов топлива для конкретного объекта и его расход, изнашиваемость оборудования — и исходя из этих данных посоветуем наиболее разумный вариант.
Честность. Мы честно говорим, если то или иное оборудование не подходит под ваши задачи или если есть более рациональный вариант. Мы не руководствуемся принципом “лишь бы продать”. О минусах и нюансах техники, если такие присутствуют, предупреждаем.
Ответственность. Для подбора мы делаем точные расчеты, за которые отвечаем. Если для точного расчета по какой-то причине недостаточно данных — предупреждаем заказчика и подбираем агрегат так, чтоб его мощности хватало с запасом.
