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.