CFD-Simulationen stat. Mischern & Reaktoren

Transkript

1 CFD-Simulationen stat. Mischern & Reaktoren CSE X Reaktor der Fluitec Georg AG Seite 1

2 Aufbau des Vortrages Wer sind wir? Kurze Vorstellung der ProcEng Moser GmbH Simulation von statischen Mischern und Reaktoren anhand von Entwicklungen Überblick Optimierung Druckabfall - Mischgüte Scaling up Optimierung der Verweilzeitspektren Und zum Schluss noch dies: HaSimSo: wie bitte? Tierisch gut: :-) Seite 2

3 Strömungssimulationen in der Verfahrenstechnik Gegründet: 2000 von Herrn Lukas Moser Lukas Moser: Geschäftsinhaber: Dipl. Masch Ing. HTL Dipl. Masch. Ing. ETH Verfahrenstechnik Auslegung, Optimierung von Anlagen Geheimhaltung üblich: Linux Cluster (108 GigaRAM, 20 CPU's) nicht am Internet angeschlossen. Seite 3

4 Uebersicht statische Mischer Auf dem Markt ist eine Vielzahl von statischen Mischern mit unterschiedlichsten Geometrien erhältlich. Alle haben die Aufgabe zwei oder mehrere Fluide innig, bei möglichst geringem Druckverlust, miteinander zu mischen. Tritt bei der Mischung noch eine Reaktion auf, muss Reaktionswärme zu oder abgeführt werden. Seite 4

5 Neuer Mischer: weniger p, gleiche Mischgüte Geschwindigkeitsverteilungen Totzonen Scherraten, Produktschädigung Druckabfall Strömung laminar oder turbulent Viskositätsverhalten der Fluide, newtonsch, strukturviskos Geschwindigkeitsverteilung im Querschnitt Mischgüte Species Methode VOF Methode Particle Tracking methode Verteilung der Scherrate im Längsschnitt Bestimmung des Verweilzeitspektrumes Dirac Stoss Seite 5

6 Bestimmung der Mischgüte: laminare Strömung Mischen von zwei definierten Fluiden, Species Methode Fluide können sich Mischen, Diffusion Stationär, ökonomisch im Rechenaufwand Auflösung bestimmt durch die Grösse der Zellen Mischen im Längsschnitt VOF Methode (Volume of Fluid) Eingesetzt typischerweise bei Flüssigkeitsoberflächen, Wellen Fluide mischen sich nicht Rechenaufwenig Auflösung bestimmt durch die Grösse der Zellen Particle tracking methode Massenlose Partikel der Klassen A und B werden untersucht. Post processing Anzahl Partikel muss genügend hoch sein Auswertung der Mischgüte: Auswertungsprogramm entwickelt bei der ProcEng Moser GmbH Auslaufen eines Mischers Seite 6

7 Bestimmen der Mischgüte mittels Partikel Massenlose Partikel zweier unterschiedlichen Klassen werden auf einer Querschnittsebene gestartet. Die Partikel werden auf einer zweiten Querschnittsebene wieder gesammelt. Aufgrund ihrer Koordinaten und ihrer Klasse kann die Mischgüte berechnet werden. Seite 7

8 Welches ist das optimale Netz? Mit Tetraedern lässt sich jede Geometrie vernetzten Viele Zellen Polyedernetze werden aus Tetraedernetzen erstellt. Das Polyedernetz besitzt ca. um einen Faktor 4-5 weniger Zellen als das Ursprungs-Tetraedernetz. Nummerisch robust Grosser RAM Bedarf für die Konvertierung Tetraeder --> Polyeder Tetraedernetz: ca. 1GigaRAM / 1 Mio Zellen Polyedernetz: ca. 2GigaRAM / 1 Mio Zellen Wandgrenzschicht Seite 8

9 Wie beeeinflusst das Netz die Simulation? Bei Species & VOF können nur Mischfeinheiten abgebildet werden, die mindestens die Grösse einer Zelle aufweisen. Tetraederzellen, die mit einer Spitze auf einer Wand stehen, übertragen keine Wärme. Verlauf der Werte in den Zellen wird interpoliert. Das Rohr ist beheizt. Seite 9

10 Weniger Druckabfall bei gleicher Mischgüte Der neue X-Mischer besitzt ca. 35% weniger Druckabfall bei gleicher Mischgüte. CFD Simulationen zeigen eine gutes Verhalten bei Randgängigkeiten. Entwicklung mittels CFD und Prototyp. Seite 10

11 Scaling up nur mittels CFD Simulationen möglich Jeder fängt einmal klein an, --> um dann stetig, --> zu wachsen. Die Entwicklung von CSE-X Mischer-Wärmetauschern war nur mittels CFD Simulationen möglich. Seite 11

12 Der Vergleich Simulation Messung ist ratsam Die Resultate der CFD Simulationen wurden mit Messungen verglichen. Ausgetauschte Wärmemenge Druckabfall Es wurde eine gute Übereinstimmung zwischen Messungen simulation für den Druckabfall und die ausgetauschte Wärmemenge gefunden. Seite 12

13 Kontrollierte Reaktion mit V/A=konst Für eine kontrollierte Reaktion beim Scaling up, ist ein konstantes spezifisches Oberflächen Volumenverhältnis notwendig. Dank CFD Simulationen konnte der scale up durchgeführt werden. Seite 13

14 Big is beautiful Hätten Sie es gewagt, den folgenden Reaktor ohne vorgängige Simulation zu konstruieren, bauen und mit Betriebsgarantie, Heizleistung, zu verkaufen? Die Strömung im Einlaufkopf wurde für verschiedene Anströmungen speziell untersucht. Seite 14

15 Zurück zum Labormassstab: Reaktionstests Reaktionen werden zuerst im Labormassstab getestet. Das Verweilzeitverhalten in den Raktoren wird mittels CFD optimiert. Die Verweilzeitkurven werden mittels eines Diracstosses von massenlosen Partikeln ermittelt. Seite 15

16 Reaktionstest mittels Kompaktanlagen Wir danken der Fluitec Georg AG für die Verfügungsstellung der Daten: Fluitec Georg AG Seuzacherstrasse 8413 Neftenbach Tel: Fax: Seite 16

17 Was ist HaSimSo? Möchten Sie in die Welt der Simulationen einsteigen? Sie möchten sich nicht mit Hardware-, Softwarefragen, Installationsproblemen und Backuplösungen beschäftigen? Sondern das System kaufen, hinstellen, simulieren. Wir bieten ein schlüsselfertiges System an. Hardware Software Simulierter repräsentativer Fall von Ihnen x Seite 17

18 Vorgehensweise bei HaSimSo? Simulation einer Ihrer typischen Anwendungsfälle auf unserem Cluster. Welche Resultate erhalten Sie mit welcher Genauigkeit? Wie gross ist der Rechenaufwand? Wieviel Daten werden pro Fall produziert. Festlegung des Systemes Benötigte Hardware Oekonomiste Software Einbinden in Ihre Umgebung und Ihren Arbeitsablauf System aufsetzen und testen Das System wird bei der ProcEng Moser GmbH zusammengestellt und installiert Testsimulation mit Ihrem Fall Auslieferung und erste Simulation zusammen mit Ihnen vor Ort. Schulung, Support für Ihre Simulationen Cluster der ProcEng Moser GmbH Seite 18

19 Grund zum Feiern: 10 Jahre ProcEng Moser GmbH Tierisch gut in Strömungssimulationen :-) Die ProcEng Moser GmbH freut sich, auch in den nächsten 10 Jahren Simulationen für Sie durchzuführen. Seite 19