Jak zweryfikować i zoptymalizować urządzenia przepływowe pod kątem restrykcyjnych wymagań klienta? Case study z analizy CFD

Projektowanie specjalistycznych urządzeń procesowych dla modernizowanych instalacji przemysłowych to częste zadanie w projektach naszych klientów. Konieczność spełnienia rygorystycznych wymagań odbiorcy końcowego przy jednoczesnym zapewnieniu prawidłowego działania urządzenia wymaga użycia zaawansowanych narzędzi inżynierskich, takich jak obliczenia przepływowe CFD.​

W tym case study opisujemy, jak zespół CIM-mes wykorzystał obliczenia przepływowe CFD do weryfikacji i optymalizacji konstrukcji parowych podgrzewaczy wody, tak aby zapewnić poprawną pracę urządzenia w rzeczywistych warunkach procesu.

Wyzwanie klienta: optymalizacja konstrukcji układu wtrysku pary i parametrów procesowych

Klient zaprojektował dwa parowe podgrzewacze wody o zwartej konstrukcji, które miały zostać włączone w istniejący ciąg technologiczny. Urządzenia musiały zapewniać bezpieczną i prawidłową pracę, w tym bezuderzeniową i całkowitą kondensację pary, możliwie małe spadki ciśnienia oraz równomierny rozkład temperatury na wylocie.​

Główne wyzwania inżynierskie obejmowały:

• potwierdzenie, że podgrzewacze osiągają zadane parametry podgrzewu wody, zapewniają możliwie mały spadek ciśnienia oraz równomierny rozkład temperatury na wylocie w przekroju poprzecznym,

• zapewnienie bezpiecznej pracy instalacji, w szczególności bezuderzeniowej i całkowitej kondensacji pary wewnątrz podgrzewacza,

• optymalizację konstrukcji, w tym dobór średnicy rury wtryskiwacza, określenie liczby i średnicy otworów wylotowych (dysz) oraz geometrii stopnia mieszającego parę z wodą.

Zastosowane rozwiązanie: dwuetapowa analiza CFD i optymalizacja projektu

Ze względu na złożoną fizykę zjawiska kondensacji pary wodnej symulacje CFD podzielono na dwa etapy. Pierwszy etap obejmował ścieżkę przepływu i wypływu pary i służył do wyznaczenia charakterystyki spadku ciśnienia pary w funkcji natężenia jej przepływu, a drugi skupiał się na przepływie wody przez podgrzewacz i stopniu wymieszania na podstawie rozkładu temperatury.

Krok 1: budowa modeli i analizy przepływu

Stworzyliśmy modele kilku wariantów rozwiązań dla każdego etapu i wykonaliśmy analizy dla zmiennych parametrów przepływu. Kluczowym aspektem było ustalenie z klientem ograniczeń konstrukcyjno-technologicznych wykonania części komponentów.

Krok 2: modyfikacje i optymalizacja konstrukcji podgrzewacza parowego

Dzięki precyzyjnym symulacjom, zidentyfikowaliśmy najsłabsze punkty projektu. Wprowadziliśmy serię ukierunkowanych zmian:

• Zmodyfikowaliśmy ilość i rozmiar otworów wylotowych pary,
• Dodaliśmy i usprawniliśmy układ mieszający wodę,
• Określiliśmy wymagane parametry procesowe,

Analiza porównawcza pozwoliła wybrać najbardziej optymalne rozwiązanie spełniające wszystkie wymagania konstrukcyjne i procesowe.

Co klient zyskał dzięki symulacjom CFD?

Współpraca z CIM-mes oraz wykorzystanie symulacji CFD przyniosły klientowi konkretne, mierzalne efekty w projekcie parowego podgrzewacza wody.​

Najważniejsze korzyści:​

• rzetelna analiza projektu i możliwości symulacyjnych, obejmująca zarówno zachowanie przepływu pary, jak i wody w różnych warunkach pracy,

• potwierdzenie, że konstrukcja podgrzewacza pozwala spełnić wymagane parametry pracy i wymagania odbiorcy końcowego,

• skrócenie czasu projektowania dzięki doświadczeniu zespołu inżynierskiego CIM-mes, legalnemu oprogramowaniu i zapleczu serwerowym, co umożliwiło szybkie przejście od wariantów koncepcyjnych do optymalnego rozwiązania.​

Case study jest jednym z ponad 30 projektów, w których CIM-mes wspierał klientów w opracowaniu i wdrażaniu urządzeń procesowych oraz konstrukcji wymagających obliczeń CFD. System zarządzania jakością potwierdzony certyfikatem ISO 9001 zapewnia powtarzalne podejście do planowania, realizacji i dokumentowania analiz.

Masz wątpliwości, czy Twój projekt spełni wymagania? Zweryfikuj go z CIM-mes

Jeśli pracujesz nad nowym urządzeniem przepływowym, modernizujesz istniejący podgrzewacz parowy lub potrzebujesz niezależnej weryfikacji obliczeniowej, zespół CIM-mes może przygotować analizę przepływową CFD dopasowaną do Twoich założeń projektowych. Na podstawie zebranych danych i wymagań procesu przygotujemy bezpłatną analizę możliwości i zaproponujemy strategię działania, uwzględniając potencjalną optymalizację konstrukcji i parametrów pracy.