Моделирование процессов и аппаратов на основе систем вычислительной гидродинамики – новые возможности и проблемы

1.

Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина
Институт химических технологий и промышленной экологии
Кафедра Энергоресурсоэффективных технологий,
промышленной экологии и безопасности
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ
СИСТЕМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ –
– НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ПРОБЛЕМЫ
Белоусов А.С.

2.

Сл. 2
Общие тенденции применения систем CFD
(по публикациям в международных базах данных)
1 – по всем отраслям (*10-1); 2 – Сумма трех ведущих журналов по CFD в ПАХТ;
3 - Chemical Engineering Science; 4 - Chemical Engineering Journal;
5 - Chemical Engineering Research and Design.

3.

Сл. 3
Сглаженная динамика публикаций по моделированию в CFD для
конкретных типов аппаратов
(химических реакторов (NREAC) и циклонов (NCYCL).

4.

Сл. 4
Проблема подбора моделей турбулентности
Цилиндрический циклон, распределения тангенциальных скоростей:
1- эксперимент; 2 – k-ε модель; 3 – RSM – модель; 4 – RNG-S – модель.

5.

Сл. 5
Уточнение и дополнение данных эксперимента
(аппарат ВЗП - со встречными закрученными потоками)
1- тангенциальная
скорость,
эксперимент;
2 – тангенциальная
скорость,
RSM – модель;
3 – осевая
скорость,
RSM – модель;
4 – радиальная
скорость,
RSM – модель;
5 - радиальная
скорость,
эксперимент.

6.

Сл. 6
Выявление кризисных
областей циклонов и их
особенностей
Сечение векторного поля
аксиальной скорости в
цилиндроконическом аппарате
СЦН-40.
1 – крышка бункера; 2 – область
возможной концентрации
дисперсной фазы.
Сечение векторного поля
аксиальной скорости в аппарате
ЦОК с расширяющимся
конусом.
1 – внутренний конус
управления потоками;
2 – области симметричного
нисходящего потока.

7.

Сл. 7
Возможность исследования малых локальных областей
аппаратов (циклон ЦОК)
Структура потоков при входе в бункер циклона:
1 – обратный конус; 2 – крышка бункера; 3 – внутренний конус; 4 – поток,
увлекающий частицы на осаждение.

8.

Сл. 8
Исследование влияния изменения конструкции
(циклон ЦОК)
Положение наблюдателя
внутри бункера.
Вариант изменения конструкции - двойной обратный конус:
1- малый симметричный конус;
2 – вид из бункера;
3 – кольцевая щель удаления
продукта.

9.

Сл. 9
Результат исследования влияния изменения конструкции
(изменение локальной структуры в малой области аппарата ЦОК)
Структура потоков при дополнительной вставке в аппарат ЦОК:
1 – обратный конус циклона; 2 – зона задержки нисходящих частиц; 3 – крышка бункера; 4 –
циркуляционный контур, запирающий выход частиц в бункер

10.

Сл. 10
Возможность разработки новых функций исследования процессов
(специальные функции РВП – распределения времени пребывания)
Спецфункции РВП для частиц, уносимых из различных по высоте зон аппарата СЦН-40:
(1- суммарное РВП для всех областей; 2 – доля РВП частиц, прошедших через бункер; 3 - доля РВП частиц
унесенных из нижней половины конуса).

11.

Сл. 11
Проблемы прогноза технологических характеристик аппаратов
(прогноз значения главного параметра характеристики циклонов –
– диаметра “частиц среза” – прямыми методами CFD)

12.

Сл. 12
ВЫВОДЫ
1. Инструменты CFD приобретают все большее значение
в исследованиях и разработках ПАХТ.
2. Необходимо формирование новой методологии применения
систем CFD для прикладных задач ПАХТ, основанной не на
универсальных, а на индивидуальных моделях аппаратов, на
новых специализированных экспериментах, на возможностях
модификаций моделей CFD, новых методах обработки
пространственных данных и пр.
3. Широкий диапазон задач ПАХТ требует координации усилий
в данной области организаций и специалистов различных
профилей.
4. Желательна организация обучения новым специальностям в
области моделирования и расчета пространственных задач ПАХТ
с помощью методов CFD.
12

13.

© © © © © © © © © © © © © © © ©
13

14.

ДОП. 01
ДОПОЛНЕНИЯ
Расчет ошибки параметра среза фракционной эффективности циклонов
ЦН по приближенной методике НИИОГАЗ
14

15.

ДОП. 02 Относительная легкость работы с системами CFD – коварна – без знания
ПАХТ приводит к абсурдным результатам.
Пример – публикация в фирменном журнале.
Обозначения: рис. 1 – гексаэдрическая сетка; рис. 2 – структура течения в осевой плоскости;
рис. 3 – структура течения в сечении, перпендикулярном оси аппарата.
15