CFD-simulering af flow- og temperaturfordeling i buffertank
En dansk produktionsvirksomhed med speciale i rustfrie stålkomponenter til bl.a. fødevareindustrien skulle levere en buffertank til et varmepumpeprojekt hos en mejerikunde. Buffertanken, som er en stor beholder til varmt vand og en central komponent i varmeforsyningen, skulle sikre korrekt temperaturstyring og lagdeling af varmt vand til både varmeproduktion og varmepumper. Kunden havde fået stillet høje krav til produktionen af buffertanken, som de ikke var vant til designmæssigt at skulle tage højde for. Derfor blev Process Engineering inddraget til at validere designet. Vores rolle i projektet var derfor at beregne og foretage CFD-beregninger (Computational Fluid Dynamics simuleringer) af flowet og temperaturfordelingen i buffertanken.
Processen i projektet
Vi arbejdede tæt sammen med kunden og modtog tekniske data og tegninger som grundlag for beregningerne. Projektet blev opdelt i delleverancer, og hver beregning blev udført med afsæt i godkendte input fra kunden. På baggrund af PFD-tegninger (Process Flow Diagram) og datablade fra slutkunden opbyggede vi en 3D-model af buffertanken og gennemførte CFD-simuleringer af flow og temperaturfordeling ud fra tre scenarier:
- Simulering af flowet til bunden af tanken for at sikre stabil returvarme og fuld udnyttelse af varmepumperne.
- Simulering af lagdelingszonen (varmt vand i toppen og koldere vand i bunden) for at sikre, at laget ikke var for stort.
- Simulering af stabil temperatur af centralvandet.
Projektet blev udført af to af vores ingeniører fra hhv. vores danske afdeling i Aalborg og hollandske afdeling i ’s-Hertogenbosch. Rapportering skete via en samlet teknisk rapport med resultater og anbefalinger.
Faktaboks:
CFD står for Computational Fluid Dynamics og er en metode, der benytter matematiske modeller og computerberegninger til at forudsige, hvordan væsker og gasser bevæger sig. I stedet for at udføre fysiske tests, analyserer man strømninger, temperaturer, tryk og andre fænomener via disse beregninger, som kan benyttes til at optimere design af produkter, procesoptimering eller diagnosticere problemer i eksisterende systemer. I dette projekt blev det benyttet til at udvikle på tankdesignet til sikring af overholdelse af de stillede krav omkring flow- og temperaturfordeling.
Ydelse og omfang af projektet
Vores ydelse og omfanget af projektet dækker over:
CFD-beregninger:
- Simulering af flow og temperatur i tanken under forskellige driftsscenarier.
Dokumentation af:
- Temperaturvariation ved opstart (krav: max ±1 °C – opfyldt).
- Returremperatur til varmepumper (krav: max 0,5 °C/min – opfyldt).
- Stratificeringszone (krav: min. 2,5 m – opnået 7,5 m).
- Design af buffertanken ud fra overholdelse af de stillede krav til maksimale temperaturvariationer i returvandet til varmepumper, stabilitet i temperatur af centralvandsproduktion og maksimal lagdelingszone.
BREAKING