الورشة الصناعية – المكسيك
باختصار شديد :
كان هدف مهندسي EOLIOS لدينا، الخبراء في النمذجة وميكانيكا الموائع، هو دراسة كيفية تحسين راحة المشغلين في جميع أنحاء خط الإنتاج، مع مراعاة القيود المحيطة (درجة حرارة الهواء المحيط وسرعته، وإخلاء الدخان) وخاصة الأقواس.
يتمثل التحدي الذي يواجه مثل هذا المشروع في التحكم في الظواهر الديناميكية الهوائية الحرارية المحددة الناجمة عن مختلف مراحل التصنيع ذات درجات الحرارة العالية جدًا في المنطقة.
في هذا السياق، استخدم مهندسو EOLIOS لدينا دراسات الديناميكا الهوائية الحرارية الهوائية الحرارية CFD لدراسة مختلف المبادئ الهوائية والحرارية التي تحكم حركة الهواء في المحطة، اعتمادًا على تكوين الأنظمة المختارة.
الورشة الصناعية
السنة
2023
العميل
نورث كارولاينا
الموقع
المكسيك
التصنيف
الصناعة
مواصلة التصفح :
مشاريعنا الأخرى :
آخر الأخبار :
تحديد حجم التهوية الطبيعية في ورشة صناعية
واجه مهندسو EOLIOS لدينا العديد من القيود بسبب خصائص الموقع والبناء:
- درجات حرارة الجدران المشعة، والتي لها تأثير كبير على الراحة الحرارية
- السحب الحراري من عمليات التصنيع
- ضغط الرياح والمقاومة الداخلية لتدفق الهواء العمودي
- الموقع وخصائص مقاومة التدفق للفتحات في الغلاف
- التضاريس المحلية والحماية المباشرة لهيكل المبنى من الرياح
- وجود أنظمة ميكانيكية تقوم بتدوير الهواء حول عناصر الإنتاج، مما يجعل التصميم التقليدي معقدًا
نظرًا لأن المبنى غير مكيف الهواء، فإن المصدر الوحيد للتبريد هو إمداد الهواء النقي عن طريق السحب الطبيعي إلى فتحات التهوية الثابتة على السقف، أو عن طريق التهوية القسرية.
لذلك يتطلب تحسين الراحة الحرارية تحديد حجم فتحات التهوية الطبيعية بدقة.
استجاب مهندسونا لمجموعة متنوعة من المشاكل، بما في ذلك :
- قم بإخلاء الدخان والغازات الناتجة عن الأقواس (خاصةً من الشعلات الداخلية)
- تحديد حجم التهوية الطبيعية أو الميكانيكية فيما يتعلق بالتوسعة الجديدة لمبنى المنصة النقالة.
- اقتراح حلول لتحسين الراحة الحرارية وجودة الهواء.
- الحد من تسرب الغبار والبعوض.
مشاكل تلوث الهواء الخاصة بورشة العمل
ورشة الإنتاج لها قيود محددة مرتبطة بعملية التهوية الطبيعية.
تُستخدم التهوية بطرق متنوعة:
- مكافحة الحرارة الزائدة للحفاظ على ظروف عمل مقبولة وضمان التشغيل السلس دون مخاطر بشرية أو مادية
- إمداد الهواء لمختلف المراوح وأنظمة النفخ في الماكينات
وفي هذا السياق، تسبب 3 مصادر لتلوث الهواء الخارجي مشاكل في إدارة التهوية:
- المنطقة التي تحتوي على الذباب والبعوض والحشرات الأخرى التي يبلغ قطرها قريبًا من المليمتر.
- مخلفات احتراق قصب السكر (الرماد) التي يبلغ حجمها ملليمتر، والتي تنشأ من استغلال الحقول في المنطقة.
هذه هي المخلفات التي يتم تحديدها في أغلب الأحيان في أنظمة الشباك الرملية المزودة بناموسيات مزدوجة.
-
الغبار الناعم من التضاريس المحيطة.
يعني المناخ الجاف، بالإضافة إلى الرواسب الناعمة جداً، أن الغبار يتطاير بشكل طبيعي بفعل الرياح.
وتتفاقم هذه الظاهرة بسبب وجود نشاط على هذه الأرض الجافة (حركة الشاحنات، والدوس، وما إلى ذلك) والمحاجر في المنطقة.
وبمجرد أن يتطاير الغبار الناعم من الموقع، فإنه لا يتساقط مرة أخرى ويمكن أن يحمله مئات الأمتار.
تدقيق الدخان
والهدف من ذلك هو تقييم الأنظمة الموجودة وقياس ظروف درجة الحرارة الداخلية وتوصيف الظروف الحرارية والهوائية الرئيسية للمكان من أجل وضع تقييم للتركيبات الموجودة.
في مجال الصناعة، يمكننا إجراء عمليات تدقيق الدخان لمعايرة المحاكاة الرقمية مقابل الظواهر الحقيقية.
فيديوهات تدقيق الدخان
يتضمن التدقيق، من بين أمور أخرى، أخذ قياسات درجة حرارة الهواء وسرعة الهواء، وتحليل حركات مولدات الدخان، وإنتاج فيديووتقرير تدقيق لتقديم ملاحظات لجميع المعنيين.
سيتم تقديم توصيات إضافية (استخدام أجهزة التهوية، وأبواب الوصول إلى الأقبية، وما إلى ذلك) بناءً على الملاحظات المختلفة في الموقع.
توضح هذه الصفحة عملية التدقيق وتشرح بروتوكول التدقيق الخاص بنا.
حركة الهواء مع الغرف الأخرى الملامسة لورشة الإنتاج
ورشة الإنتاج هي منطقة يتم فيها إدارة المناخ عن طريق التهوية الطبيعية.
وعلى هذا النحو، فهي غير مجهزة بنظام ميكانيكي ومن المفترض أن يتم ضمان خلط الهواء عن طريق النقل الطبيعي بين مداخل الهواء في الأسفل وشفاط طبيعي على السطح.
نبهت فرق الموقع خبرائنا إلى وجود غبار ومخلفات من جهاز التهوية الساكنة على الأرض في منطقة المعالجة النظيفة.
أبرز تحليلنا حقيقة أن كمية كبيرة من الهواء تنتقل إلى منطقة الديكور ثم إلى منطقة التعبئة والتغليف.
هذه المناطق مجهزة بمراوح سقف ميكانيكية تساهم في الضغط السلبي مقارنةً بمنطقة التهوية الطبيعية.
تهوية صناعية طبيعية
تتم التهوية الطبيعية (للاختلافات الصغيرة في درجات الحرارة) عن طريق محركات ديناميكية هوائية حرارية مع دلتا ضغط منخفضة للغاية.
إن وجود الحواجز الرملية، التي تزيد من انخفاض الضغط عبر مداخل الهواء، يترك جهاز التهوية الساكن كمنطقة نقل مفضلة (فتحة خارجية بسيطة).
في هذا السياق، يتم تشجيع سحب الهواء عبر السقف بمجرد مرور فينويك نحو المباني الملحقة.
>عندما يتم فتح أبواب فينويك، يتم سحب الهواء عبر فتحة التهوية في السقف: سرعة الهواء في المدخل 1.7 م/ثانية (أي نقل حوالي 100,000 م3/ساعة).
في هذا السياق (مبنى متصل عن طريق التهوية الطبيعية بمباني ذات مستخلصات ميكانيكية، مما يضيف انخفاضًا كبيرًا في الضغط على المداخل الطبيعية). وقد خلص مهندسونا إلى أنه لن يكون من الممكن تشغيل جهاز التهوية الساكن هذا بشكل مُرضٍ مع الاستخراج الطبيعي.
إن زيادة عدد مداخل الهواء ستجعل من الممكن الحد من هذه الظاهرة بشكل طفيف، ولكن يبدو أن انخفاض الضغط عبر الرمال كبير جدًا بحيث لا يمكن منع المبنى من أن يصبح منخفض الضغط ميكانيكيًا عن طريق نقل الهواء.
خاتمة تدقيق الموقع
تعاني ورشة الإنتاج من مشاكل مرتبطة بتعرضها للشمس ووجود أنظمة تطلق كميات كبيرة جدًا من الحرارة.
سرعات الهواء هنا أعلى قليلاً من المبنى المجاور، نظراً لنسبة الفتحات إلى حجم المبنى.
تساهم هذه الأنظمة أيضًا في ارتفاع درجة حرارة المكان من خلال إطلاق عمود من الهواء الساخن عند المدخل والمخرج، والذي يتبدد في الغلاف الجوي.
وهي المحرك الرئيسي لحركة الهواء في المنطقة.
تحسين راحة التهوية الحرارية والتهوية
نمذجة CFD للعمليات الصناعية
نقوم بتضمين الخصائص الحرارية للجدران والعملية. القيم المدرجة في حساب CFD هي القيم المحاكاة للمشروع.
في النموذج الرقمي، تكون العناصر كما هي موصوفة، وفقط كما هي موصوفة.
فيما يتعلق بغلاف المبنى، غالبًا ما يؤدي ذلك إلى الكمال السريالي: المواد متجانسة تمامًا ومثبتة بشكل مثالي.
الجسور الحرارية الوحيدة هي تلك الموصوفة، وفي أفضل الأحوال يكون من المعقد جدًا، إن لم يكن من المستحيل، توقع جميع الجسور الحرارية (تؤخذ الجسور الحرارية الهيكلية وتلك المرتبطة بنظام التثبيت في الاعتبار بشكل عام؛ أما الجسور الحرارية الناتجة عن الثقوب أو الممرات الشبكية فلا تؤخذ في الاعتبار بشكل عام).
وبالتالي سيكون التحدي الرئيسي لعلامة التبويب هذه هو التمييز بين القيمة المستهدفة، الناتجة عن أداء المواد، والقيمة المحاكاة التي تأخذ في الاعتبار العيوب الحتمية للتركيب.
نمذجة CFD لأنظمة التهوية الطبيعية
تُستخدم واقيات الرمال على معظم فتحات مكيف الهواء التي تنقل الهواء من الخارج.
الشباك الرملية مزودة بناموسيات من الداخل.
في دراسة CFD، تم نمذجة نفس الرمال بطريقة تسمح بالحصول على تدفق هواء مكافئ دون تقييد النموذج العددي.
نموذج 3D CFD
الغرض من مقتطف هذا الفصل هو تحديد النموذج ثلاثي الأبعاد الذي تم إنتاجه لدراسة CFD الأساسية. إن السمات المحددة لنماذج CFD، المرتبطة بمتانة أداة حلها وجودة النموذج ثلاثي الأبعاد، تعني أنه تمت إعادة تشكيل النموذج الهندسي بالكامل.
تم إجراء تبسيطات تتعلق بالمنحنيات والحواف والنقاط والعناصر الصغيرة.
يُظهر نموذج CAD الخارجي الذي تم إنتاجه هندسة الموقع دون محيطه.
تم إنتاجه من المخططات المقطعية ونموذج ريفيت للمشروع.
تم تصميم النموذج لمراعاة انتقال الهواء والحرارة في القاعة.
أولى مهندسو EOLIOS لدينا اهتمامًا خاصًا بنمذجة الأنظمة الصناعية لضمان أقصى قدر من الدقة.
نظرًا لأن الأفران هي أحد المصادر الرئيسية لإطلاق الحرارة، فإن لها أكبر تأثير على الظواهر الديناميكية الهوائية الحرارية المحيطة بها.
من المهم أن نأخذ في الاعتبار الأقنعة الهوائية حتى نتمكن من وصف حركات الهواء المختلفة في المنطقة.
كيف تصف الراحة الحرارية في الأماكن الدافئة؟
الراحة الحرارية هي رضا الفرد عن الظروف الحرارية لبيئته.
الراحة الحرارية تعني عدم الرغبة في أن يكون الجو أكثر حرارة أو أكثر برودة.
وهو أمر ذاتي وبالتالي يعتمد على التصورات الفردية.
ويتأثر بالنشاط البدني والملابس ومستوياتها والتقلبات في خصائص البيئة الحرارية (درجة حرارة الهواء والإشعاع والملامسة والرطوبة وسرعة الهواء).
تظهر مناطق الراحة الحرارية المتكيفة مع سرعات الهواء باللون البرتقالي.
دراسة توزيع سرعة الهواء
يوضح الشكل الأول أدناه تأثيرات الخلط الحجمي.
يمكن وصف الحركات الهوائية العامة للغرفة على مرحلتين، الناجمة عن مناطق إمداد الهواء التي تتكون من الحواجز الرملية ثم مناطق العودة.
بعبارات بسيطة، فإن فروق الضغط هي القوى الدافعة وراء تيارات الهواء.
وبعبارة أخرى، يتدفق الهواء من حيز الضغط المرتفع إلى حيز الضغط المنخفض عندما تكون هذه القوى أكبر من خسائر الرأس (الاحتكاك).
في التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، يتم دوران الهواء بواسطة قوتين دافعتين:
- يحدث السحب الحراري عندما يؤدي الاختلاف في درجة الحرارة إلى اختلاف في الكثافة بين كتلتين هوائيتين.
ويزداد هذا التأثير من خلال ارتفاع أكبر في الحجم.
“يميل الهواء الدافئ إلى الارتفاع. - توزيع الضغوط والانخفاضات الناجمة عن أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في الحجم.
وهنا، يكون لأنظمة الإرجاع تأثير ضئيل للغاية على سرعات الهواء داخل المبنى، حيث إن حركات الهواء محكومة بارتفاع درجة الحرارة في مناطق الأفران.
دراسة توزيع سرعة الهواء
لا تتوافق سرعات الهواء مع أهداف الراحة لهذا النوع من الأنشطة في الصيف.
سرعات هواء الإزاحة أقل من القيم المستهدفة للراحة الحرارية في البيئات الدافئة.
توجد أعلى سرعات هواء في استمرارية المقاطع الرملية.
في الواقع، هذه المناطق هي مداخل الهواء الرئيسية للقاعة.
ومع ذلك، تسلط المحاكاة الضوء على وجود منطقة منخفضة السرعة بين الأقواس، مما قد يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة.
دراسة توزيع درجة حرارة الهواء
في حالة عدم وجود حركة، أو عندما تكون الحركة بطيئة ومنتظمة، يشكل الهواء طبقات من درجات الحرارة المتجانسة المتراكبة، ويكون الهواء الأكثر دفئًا ملامسًا للسقف.
تسلط هذه الأقسام الضوء على ظاهرة التقسيم الطبقي التي تم شرحها سابقًا.
ترتفع درجة حرارة الهواء في المبنى بشكل عام، حتى في القسم السفلي حيث تكون درجة الحرارة أعلى بكثير من 35 درجة مئوية.
دراسة الأعمدة الحرارية فائقة السخونة
يمكن استخدام المناظر السطحية للأعمدة الحرارية لتحديد المصادر المختلفة للحرارة وتأثيرها على النموذج.
ينتج عن انخفاض دوران الهواء في الأفران، بالإضافة إلى ارتفاع درجات حرارتها، ظهور مناطق ذات درجة حرارة عالية.
تظهر المحاكاة أن الهواء بين الأفران يرتفع في درجة الحرارة ويميل إلى التدفق تحت السقف.
ومع ذلك، بمجرد أن يكون تحت السقف المستعار، يواجه الهواء الساخن صعوبة في الإخلاء إلى الخارج.
وبالإضافة إلى ذلك، أظهرت نتائج الدراسة أن شفاطات مدخل الفرن لا تسمح باستخراج كل الهواء المحمل بالسعرات الحرارية.
وترجع هذه الظاهرة بشكل أساسي إلى نقص حجم تدفق السحب.
نظرًا لأن الهواء الخارج من الفرن لا يتم سحبه بواسطة غطاء المحرك، فإنه يميل إلى التدفق نحو السقف.
تساهم هذه الظاهرة في ارتفاع درجة الحرارة في الغرفة.
هناك ظاهرة أخرى لم تؤخذ في الحسبان، ولكن يمكن أن يكون لها تأثير على الأيروليات الهوائية للغرفة، وهي القصور الحراري للمنتجات، والتي يمكن أن تبعث الحرارة في المنطقة عند خروجها من الفرن.
لا يبدو أن مدخنة العادم الموجودة في الجزء الخلفي من الفرن، والتي تستخدم التهوية الطبيعية، فعالة بما فيه الكفاية لاستعادة كل الحرارة.
كما هو موضح أعلاه، يميل الهواء المحمل بالسعرات الحرارية الخارج من الفرن إلى التدفق نحو السقف، مما يساهم في ارتفاع درجة الحرارة.
ومع ذلك، فإنه لا يزال يعمل في وضع الاستخراج (لا يوجد تدفق عكسي داخلي، والذي يمكن أن يكون سببه وضع الغرفة تحت ضغط سلبي).
محاكاة CFD للصناعة
توفر المحاكاة العددية آفاقًا جديدة للمصنعين.
فهي تجعل من الممكن التنبؤ بالعديد من السيناريوهات، ونتيجة لذلك، التحكم في جميع العواقب غير المتوقعة لسوء التصميم.
في حالة مصانع الإنتاج، تتيح النمذجة متعددة الفيزياء إمكانية مراعاة جميع الظواهر التي تتسبب في تدفقات الحرارة والهواء على طول خط الإنتاج، بدءًا من ارتفاع درجة الحرارة إلى راحة الموظفين.
بفضل خوادم الحسابات الخاصة بها، يمكن محاكاة نماذج EOLIOS بالكامل بدرجة عالية من الدقة في فترة زمنية قصيرة.
بالإضافة إلى ذلك، تمكّن خبرة EOLIOS في مجال علم الطيران العام فريقنا من اقتراح حلول مبتكرة وذات صلة في حالة مشاكل ارتفاع درجة الحرارة.
ومع ذلك، فإن تنفيذ عمليات محاكاة CFD في عملية التصميم الخاصة بك يعني الاستعانة بخبراء في ميكانيكا الموائع والهندسة الحرارية والمحاكاة العددية لضمان عدم ظهور أي مشاكل في المستقبل.
يتمتّع مهندسو EOLIOS لدينا بخبرة كبيرة في مجال التدقيق، حيث يقدّمون خبراتهم مباشرةً من أجل تحسين حل المشاكل المختلفة.
تمكّنهم معداتهم المتطورة من إجراء قياسات مباشرة ومتميزة، مما يضمن إجراء تقييم للموقع والمعدات والمواد، وإذا لزم الأمر، إجراء تقييم حراري يشمل الأنظمة وفقدان الحرارة والتحكم في المناخ من خلال الأنظمة.
