محطة المعالجة ذات درجة الحرارة العالية
تحليل تدفقات الهواء والحرارة في محطة ذات عمليات عالية الحرارة: النمذجة ثلاثية الأبعاد ومحاكاة CFD
الهدف من هذه الدراسة هو التحقق من تصميم نظام التحكم الحراري لمصنع يقع في كندا وتحسينه باستخدام النمذجة العددية باستخدام CFD.
وبالتالي فإن الهدف من ذلك هو فهم الظواهر الديناميكية الهوائية الحرارية المحددة الناجمة عن المراحل المختلفة في تصنيع عملية مبتكرة تتضمن أفرانًا ذات درجة حرارة عالية والتحكم فيها.
محطة المعالجة ذات درجة الحرارة العالية
السنة
2024
العميل
نورث كارولاينا
الموقع
كندا
التصنيف
الصناعة
تابع:
مشاريعنا الأخرى :
آخر الأخبار :
الملفات الفنية :
خبراتنا
استخدام المحاكاة الرقمية للتحسين الحراري
تحسين الديناميكية الهوائية الحرارية الهوائية والطاقة باستخدام محاكاة CFD
أُجريت عمليات المحاكاة باستخدام طريقة ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD)، والتي تتيح تحليل حركة السوائل مثل الهواء والتنبؤ بها. هذا النهج الافتراضي يجعل من الممكن محاكاة الظواهر الديناميكية الهوائية الحرارية في المصنع، مع مراعاة التفاعلات بين مختلف الأسطح ومصادر الحرارة وتدفقات الهواء. بفضل تقنية CFD، من الممكن تصور وتحليل التدفقات ودرجات الحرارة بالتفصيل، مما يساهم في فهم أفضل للعمليات وتحسين أداء المصنع وسلامته.
تعتبر عمليات محاكاة CFD مفيدة بشكل خاص لدراسة تصميم التهوية وتكييف الهواء في المساحات الكبيرة مثل قاعات العرض، لضمان تهوية مداخل ومخارج الهواء في القاعة بشكل صحيح وتوفير الراحة المثلى لكل متفرج.
نمذجة المصنع
النمذجة الهندسية هي مرحلة أساسية في محاكاة CFD. وهو يوفر تمثيلاً دقيقاً لهندسة الموقع أو المبنى قيد الدراسة، ويحدد شروط الحدود مثل الجدران والفتحات إلى الخارج ومكاسب الحرارة الداخلية. تعمل النمذجة الهندسية أيضًا على تبسيط النموذج عن طريق إزالة العناصر غير ذات الصلة، مما يسهل تفسير النتائج.
لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للمصنع، تم أخذ جميع أحجام الهواء في المصنع والجدران الملامسة للخارج في الاعتبار. يتم أخذ جميع الغرف المحيطة في الاعتبار في المحاكاة من أجل مراعاة عمليات انتقال الحرارة التي تحدث بين الغرف المختلفة. لذلك تم إجراء دراسة للهندسة والبيئة من أجل مراعاة جميع الجسور الحرارية الناتجة عن أداء المواد، مما يشكل قيمة مستهدفة يتم تمييزها عن القيمة المحاكاة مع مراعاة العيوب الحتمية للتركيب.
وقد تم وضع نموذج لسلسلة الإنتاج، بما في ذلك بعض العمليات، ولا سيما الأفران الموجودة. تم أيضًا نمذجة أنظمة توزيع تكييف الهواء في قاعة الإنتاج، ولا سيما مراوح السقف الخاصة بالإمداد والاستخراج.
كما توجد ثلاث فتحات تهوية مرتفعة على الواجهة الغربية. هذه الفتحات مغلفة على طول ارتفاع الجدار بالكامل، بحيث يدخل الهواء الخارجي إلى المصنع من خلال الجزء السفلي. الزجاج الأمامي مفتوح في الصيف والشتاء.
تم أيضًا مراعاة درجات الحرارة والقوى ومعدلات التدفق الناتجة عن الماكينات على خط الإنتاج. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن تشغيل نظام التهوية يعتمد على الظروف الخارجية، والتي يمكن أن تتراوح بين -23 درجة مئوية تحت الصفر في الشتاء و32 درجة مئوية في الصيف، فقد أجريت الدراسة على هذين الفصلين.
نتائج المحاكاة للتشغيل الصيفي
أولاً، أُجريت عمليات محاكاة عددية للتشغيل الصيفي، وهي الحالة الأكثر أهمية بسبب ارتفاع درجات الحرارة. تم النظر في جميع أنظمة توليد الحرارة عند درجة الحرارة القصوى لنطاق درجة حرارتها. ودرجة الحرارة الخارجية المأخوذة في الاعتبار هي 32 درجة مئوية والمكاسب الشمسية المأخوذة في الاعتبار.
الكشف عن شذوذات حرارية محددة
أبرزت المحاكاة العددية حقيقة أن درجات الحرارة بشكل عام صحيحة في البيئة وأن نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء مناسب إلى حد ما للعملية.
تتسبب حركات الهواء الناتجة عن الفوهات في دوران الهواء في جميع أنحاء المكان، بما في ذلك بين خطوط الإنتاج، بسرعة حوالي 0.5 متر/ثانية، مما يضمن دوران الهواء بشكل جيد ودرجات حرارة موحدة.
تتفاوت درجات الحرارة المحيطة بشكل عام من 36 درجة مئوية إلى 42 درجة مئوية اعتمادًا على ارتفاع خطوط الإنتاج، لذلك هناك دلتا تبلغ حوالي 10 درجات مئوية في أسوأ الحالات مع درجة حرارة هواء الإمداد.
ولكن، تحت السقف، يواجه بعض الهواء المحمّل بالحرارة صعوبة في تفريغه من تحت السقف، ويمكن أن تصل درجة الحرارة إلى 50 درجة مئوية.
في هذا التكوين، تتماشى الفوهات الموجودة على الجانب الشمالي مع شفاطات الاستخراج، مما يؤدي إلى إنشاء ممر جانبي يحول الهواء الساخن الخارج من الأفران الرئيسية.
في الجزء المركزي، تكون الشفاطات قريبة جدًا من الجدار العلوي للأفران النهائية، ويتعطل استخراجها ولا يتم استخراج بعض الهواء الساخن من الأفران الرئيسية ويركد تحت السقف.
علاوة على ذلك، ليست كل أسطح شفط الشفاطات كبيرة بما يكفي لحجم الأعمدة الحرارية الخارجة من الأفران.
حلول للإدارة الحرارية المثلى
بعد هذه المحاكاة الأولية، أوصت EOLIOS بتحريك قنوات الإمداد على الجدار الشمالي بحيث تهب في اتجاهات أكثر استراتيجية من أجل عدم تعطيل الشفط الموضعي. كما أوصي بإزالة الفوهات من آخر مترين من قنوات الإمداد. فالهواء البارد الذي يتم نفخه عند هذا الارتفاع ستلتقطه وحدات الشفط مباشرة، مما يؤدي إلى حدوث مجرى جانبي، ولن يستخدم لتبريد الجو في الأسفل.
كما عملت فرق EOLIOS أيضًا على تحديد حجم شفاطات الشفاطات، بحيث يتم التخلص من المساحة بين شفاطين، و/أو حيثما أمكن، فصل مخرج الفرن عن الشفاطات، خاصة بالنسبة للأفران في القسمين الشمالي والجنوبي. لا يحتاج هذا التقاطع إلى أن يكون محكم الإغلاق، ولا يمثل وجود فتحات لمرور القفازات من خلالها مشكلة– إنها ببساطة مسألة توجيه الأعمدة الحرارية الخارجة من الأفران.
التحسينات التي جلبها التكوين الجديد
أظهرت المحاكاة أن التقسيم يمنع الحرارة المنبعثة من الفرن في نهايات خط الإنتاج من التشتت في البيئة. من خلال نقل قنوات الإمداد إلى الشمال وتقليل الارتفاع الأقصى الذي يمكن عنده تركيب الفوهات على قنوات الإمداد، يمكن توزيع الهواء النقي بشكل أفضل على المناطق المهمة.
إن زيادة أسطح الشفط للغطاء في القسم المركزي يعني أن الأعمدة الحرارية الخارجة من الفتحات المركزية للأفران الرئيسية يتم التقاطها بشكل أفضل.
تُظهر نتائج هذه المحاكاة درجات حرارة محيطة تتراوح بين 35 درجة مئوية و40 درجة مئوية على مستوى خطوط الإنتاج، حسب الارتفاع، ودرجات حرارة تتراوح بين 41 درجة مئوية و45 درجة مئوية تحت السقف، مع وصولها إلى 50 درجة مئوية في الجزء الأوسط. تكون درجات الحرارة في جميع النقاط في الغرفة أقل بحوالي درجتين مئويتين (3.6 درجة فهرنهايت) عن التصميم الحالي.
على الرغم من هذا التصميم الجديد، لا تزال نسبة صغيرة من الهواء المحمّل بالحرارة تواجه صعوبة في الإخلاء نحو القسم المركزي. ومع ذلك، فإن حجم الهواء المتضمن أصغر مما كان عليه في التصميم السابق. يمكن أن يكون أحد الحلول هو تغيير مراوح الشفاط في القسم المركزي من أجل زيادة معدل تدفق الشفط، وبالتالي التعويض عن طريق زيادة معدل تدفق التوصيل لأنظمة MUA، والتي تم تخفيضها في السابق. الحل الآخر هو تركيب قسم في المنطقة الوسطى، إن أمكن.
المحاكاة العددية في فصل الشتاء مع التحسينات المقترحة
التعرف على مخاطر ظهور بقع التكثيف
في هذه الحالة، تكون درجة الحرارة الخارجية المعتبرة في هذه الحالة هي الأقل في يوم شتاء. تعتبر السعرات الحرارية التي يولدها النظام والغرف المحيطة به في الحد الأدنى من نطاق درجة حرارتها. تُظهر نتائج المحاكاة أنه حتى عندما يتم إيقاف تشغيل نظامي هواء الإمداد، فإن الهواء لا يزال يتحرك في كل نقطة في الغرفة ولا توجد مناطق ميتة مثيرة للمشاكل.
تتراوح درجات الحرارة في الغرفة من 15 درجة مئوية على مستوى الأرض إلى 20 درجة مئوية في الطابق العلوي من خط الإنتاج. وتتراوح درجات الحرارة تحت السقف بين 20 و25 درجة مئوية بشكل عام، وتبلغ ذروتها حوالي 30 درجة مئوية في الأجزاء الوسطى والشمالية من المبنى. ترجع هذه القمم في درجات الحرارة إلى انخفاض قدرة الشفط للغطاء في الشتاء.
ومع ذلك، يتم الوصول إلى درجات حرارة شديدة البرودة عند فتحات التهوئة. تنفخ هذه الفتحات الهواء الداخلي عند درجة حرارة أقل من 0 درجة مئوية، مما يبرد الغرفة بشكل كبير ويمكن أن يسبب عدم ارتياح للعمال المارين من هناك.
ننصحك بإغلاق هذا الغالق عندما تكون درجة الحرارة الخارجية منخفضة جداً لتجنب هذه المشاكل. من ناحية أخرى، يبدو تصميم نظام التحكم الحراري للمحطة في ظروف الشتاء مناسبًا تمامًا للتغلب على درجات الحرارة المنخفضة، حيث تكون درجة الحرارة موحدة في جميع أنحاء المبنى ويصل هواء الإمداد إلى جميع المناطق المهمة في الغرفة.
دراسة تشتت الملوثات الناتجة عن الخزانات
تم إجراء دراسة لتشتت الملوثات للوضع الصيفي بدون أغطية فوق خزانات ما قبل الغسيل وما بعد الغسيل.
تُظهر هذه الدراسة أن الشفاطات الموجودة فوق خزانات الأحماض في بداية خط الإنتاج تلتقط جميع الانبعاثات المتولدة.
وبالإضافة إلى ذلك، يبدو أنبعض الانبعاثات الناتجة عن خزانات ما قبل وبعد النضّ أقل إخلاءً بشكل جيد، وبالتالي من المحتمل أن تكون راكدة تحت السقف في المنطقة منخفضة السرعة الواقعة تحت المراوح في الجزء الشمالي من المبنى.
بعد نتائج السيناريو الثاني ، تمت دراسة السيناريو الثالث من خلال تضمين إغلاق جهاز التنفس الصناعي الذي يعتبر غير مثمر. أظهر هذا السيناريو أن إغلاق هذه الفتحة يفضل التقسيم الطبقي للهواء الساخن ، مما يؤدي إلى تيار حراري أفضل وإخلاء أكثر كفاءة للهواء المحمل بالحرارة. توضح هذه النتائج أهمية التموضع الصحيح لأنظمة شفط الهواء وفتحات التهوية من أجل التشغيل الهوائي السليم للموقع. وتشجع التوصيات الناتجة عن ذلك على إضافة أجهزة تهوية مستهدفة لتسهيل إزالة الهواء المحمل بالحرارة بشكل أكثر كفاءة، وإغلاق بعض الفتحات لتعزيز التقسيم الطبقي الأمثل للهواء الدافئ.
تقييم التحليل الحراري الهوائي للمصنع
تحليل الظروف الحرارية: تحديد مناطق الخطر والتوصيات لتحسين راحة العمال
ساهمت شركة EOLIOS ingénierie بخبرتها في ميكانيكا الموائع في توصيف وتحسين نظام تكييف الهواء في غرفة الإنتاج في مصنع القفازات.
تم اقتراح تصميم جديد يسمح باستخراج أفضل للحرارة في الصيف وتوزيع أفضل للهواء النقي في المناطق المهمة.
فيديو ملخص الدراسة
ملخص الدراسة
تتعلق الدراسة بنظام التحكم الحراري لمصنع باستخدام النمذجة الرقمية CFD. الهدف هو دراسة هذا النظام للتحقق من كيفية عمله وتحسينه في المستقبل.
تعتمد هذه الدراسة على 4 مبادئ رئيسية: تحسين انتشار الهواء الخارجي، وفهم التوزيع الموسمي لدرجات الحرارة، وتقييم الراحة الحرارية للمشغلين، وأخيراً دراسة إخلاء الملوثات. يتركز فقط في غرفة الإنتاج.
تم إجراء العديد من عمليات المحاكاة العددية لدراسة تدفقات السوائل ومحاكاة الظروف الحرارية والهوائية للمحطة. لقد سلطوا الضوء على عدد من المجالات التي تحتاج إلى التحسين، مما دفع مهندسي Eolios إلى اقتراح تكوين جديد، مع إجراء تعديلات على الشفاطات ومجاري الهواء والفوهات على وجه الخصوص.
وقد أدت التحسينات إلى استخراج أفضل للحرارة في الصيف وتوزيع أفضل للهواء النقي في المناطق الرئيسية.
ملخص فيديو للمهمة - محاكاة CFD للمصنع
اكتشف مشاريع صناعية أخرى
دراسة الإشعاع والتهوية لقالب السبيكة الصناعية
دراسة التهوية الطبيعية – مصانع الصلب
تحسين جودة الهواء – المصنع
التحجيم – المداخن – المختبر
محطة المعالجة ذات درجة الحرارة العالية
التهوية الطبيعية – علم المعادن
الأواني الزجاجية – كونياك
تهوية طبيعية – ألومنيوم دونكيرك
الورشة الصناعية – المكسيك
تحجيم المدخنة الصناعية – الفرن
مصنع – توربينات الرياح
نظام معالجة الدخان – CO2
تحسين الراحة الحرارية – مصنع الصلب
معالجة المركبات العضوية المتطايرة لتحسين العملية
مصنع – إنتاج القفازات
صناعة الزجاج – Hauts De France
تحجيم شفاطات الشفاط في السحب الطبيعي
تصفيح خزان التخزين الحراري
مجموعات المولدات – GE1
