Transcript CFD præsentation

Overskrift
CFD-simuleringer
Marcin B. Andreasen
Køle- og Varmepumpeteknik
[email protected]
CFD-simuleringer

Introduktion til CFD
– Modelleringsstep
CFD i praksis
– Luftfordeling over en varmevekslerflade
– Industriel køling
• Spiralfryser
• Impingement-fryser
– Andre problemstillinger
Introduktion til CFD

Hvad er CFD?
CFD står for ”Computational Fluid Dynamics”. Det er et program/værktøj,
der anvendes til at modellere termiske og strømningsrelaterede problemstillinger
ved hjælp af computersimuleringer.

Fremgangsmåden
– Generering af geometri
– Netopbygning
– Modelopsætning/grænsebetingelser
– Løsning
– Postprocessing
Introduktion til CFD

Fremgangsmåden
– Generering af geometri
• CAD-brugerflade
• Import af filer: STP, IGES
– Netopbygning
– Modelopsætning/grænsebetingelser
– Løsning
– Postprocessing
Introduktion til CFD

Fremgangsmåden
– Generering af geometri
• CAD-brugerflade
• Import af filer: STP, IGES
– Netopbygning
• Opdeling af geometrien i små elementer/volumener
– Modelopsætning/grænsebetingelser
• Valg af den rigtig model til beregning
• Specificering af medie
– gas, væske
• Indløbs-/udløbsbetingelser
– flow, temperatur
– Løsning
• Partielle differentialligninger løses numerisk
– Postprocessing
Introduktion til CFD

Fremgangsmåden
– Generering af geometri
• CAD-brugerflade
• Import af filer: STP, IGES
– Netopbygning
• Opdeling af geometrien i små elementer/volumener
– Modelopsætning/grænsebetingelser
• Valg af den rigtig model til beregning
• Specificering af medie
– gas, væske
• Indløbs-/udløbsbetingelser
– flow, temperatur
– Løsning
• Partielle differentialligninger løses numerisk
– Postprocessing
• Trykfald
• Strømningsbillede/flowfordelling
• Temperaturbillede
Strømningsbillede
Temperaturbillede
Introduktion til CFD

Fremgangsmåden
– Generering af geometri
• CAD-brugerflade
• Import af filer: STP, IGES
– Netopbygning
• Opdeling af geometrien i små elementer/volumener
– Modelopsætning/grænsebetingelser
• Valg af den rigtig model til beregning
• Specificering af medie
– gas, væske
• Indløbs-/udløbsbetingelser
Andre
– flow, temperatur
driftsbetingelser
– Løsning
• Partielle differentialligninger løses numerisk
– Postprocessing
• Trykfald
• Strømningsbillede/flowfordelling
• Temperaturbillede
Justere
produktet
CFD i praksis – Eksempel 1

Luftfordeling over en varmevekslerflade
– Skæv luftfordeling:
• Kan påvirke ydelsen
• Kan øge belastningen på ventilatoren
– Skæv luftfordeling kan opstå pga.:
• Ventilatorens placering
• Placering af varmeveksler eller andre komponenter
– Krav til kompakthed
• Design af indløb-/udløbsmanifold
Volume flow against wall distance over fan diameter
DP
Skæv
80
70
V_dot
Ensartet
DP2
60
50
DP1
40
Ventilator
30
20
10
0
0
10
20
30
x/D
40
50
V2
V1
V
CFD i praksis – Eksempel 1

Air conditioning unit – kondensatorside
– En kompakt unit – en række komponenter, som virker
som forhindringer for flowet
• kompressor, olieudskiller osv.
– CFD-input
• Geometriske dimensioner og placering af
komponenter
• Ventilatorkarakteristik
– QH-karakteristik
• Varmevekslerkarakteristik
– Trykfald som funktion af flow/facehastighed
CFD i praksis – Eksempel 1

Air conditioning unit – kondensatorside
– Opnår informationer om
• Luftflowfordeling
• Totalt trykfald/belastning af ventilatorerne
CFD i praksis – Eksempel 1

Air conditioning unit – kondensatorside
– Opnår informationer om
• Luftflowfordeling
• Totalt trykfald/belastning af ventilatorerne
– Optimering med CFD
• Placering af komponenter
• Andre typer af varmevekslere
CFD i praksis – Eksempel 2
Industriel køling - spiralfryser

Hovedopgave:
– At klarlægge flowmønstret i spiralfryseren med
henblik på at undersøge, hvilke parametre der
påvirker produktkøling
Temperatur
Hastigheder
20mm
30mm
50mm
60mm
Små produkter
Store produkter
Total system pressure drop
[Pa]
304
329
389
447
Flow
[kg/s]
11,4
11,26
10,96
10,67
CFD i praksis – Eksempel 2
Industriel køling - spiralfryser

Baseret på strømningsforholdene i fryseren kan
indfrysningstiden for produkter bestemmes
Temperature
Model 1
Model 2
-35 [C]
-50 [C]
Model 3
-20 [C]
Model 4
-20 [C]
Model
Model13
Model 2
1800 sec.
2400 sec.
3600 sec.
4800 sec.
7200 sec.
Heat transfer
coef.
40 [W/m2K]
40 [W/m2K]
Method
Convective freezing
Convective freezing
Immersion freezing
2
2000 [W/m K]
(bottom)
Model
Model2 4
Immersion freezing
2
2000 [W/m K]
(full submerged)
Model 3
Model 4
CFD i praksis – Eksempel 3
Industriel køling – impingement-fryser
Flowafledning
Varer
Impingement jets

Hovedopgave:
– At undersøge forskellige indblæsnings- og
afsugningsstrategier, der benyttes til impingementfrysere.
Højeste heatflux og bedste køling
– Målet i beregningerne har været at klarlægge
varmetransmissionsfordelingen og foreslå
geometriske justeringer med henblik på at sikre en så
homogen fordeling af varmetransmissionen som
muligt.
Laveste heatflux og dårligste køling
CFD i praksis
Andre problemstillinger





Ventiler
Ventilation
Kølereoler
Aerodynamik
Dyseflow
2,5
mm
5m
m
27
25 mm
39°
m
,2
m
Tak for jeres opmærksomhed