CFD-mallinnus

 

Laskennallinen virtausdynamiikka (CFD) on tehokas ja edullinen työväline teollisuuden eri virtausprosessien kulun hahmottamiseksi. Se on voimakattiloiden tulipesien ja prosessiteollisuuden laitteiden suunnittelun apuväline. CFD:n avulla saadaan tietoja prosessin paikallisista olosuhteista ja voidaan nopeuttaa prosessilaitteiden kehitystyötä. Mallinnuksen avulla löydetään ratkaisuja prosessien toiminnan tehostamiseksi ja päästöjen vähentämiseksi. 

CFD:tä hyödynnettiin Fortum Power Solutionin suunnitellessa:

  • Uutta kerrosleijukattiloiden ilmajakoperiaatetta, jolla taataan alhaiset päästöt ja kattilan hyvä käytettävyys
  • Uutta low-NOx-laihakaasupoltinta ja sen toiminnan optimoinnissa


Monifaasivirtauksen CFD-mallinnusta hyödynnettiin analysoitaessa ja hahmotettaessa virtausten dynamiikkaa Outotec (Finland) Oy:n vaahdotuslaitteistossa. 

Pitkä kokemus monimutkaisten virtausprosessien mallintamisesta

Meillä on yli 30 vuoden kokemus CFD-mallinnuksen soveltamisesta ja kehittämisestä polton ja teollisuuden monifaasivirtausprosesseille. Olemme kehittäneet ja yhdistäneet CFD:hen eri mallinnusmenetelmiä, joita ovat esim. rakenne-virtausvuorovaikutus, monilohkomallinnus, hila-automaatti, suurten reaktiomekanismien ratkaiseminen sekä ainutlaatuinen ja nopea menetelmä leijupetien aikakeskiarvoistetulle hydrodynamiikalle.

Keskeisimpiä CFD-sovelluskohteitamme ovat:

  • Voimakattiloiden tulipesien muutokset IED-päästörajojen alittamiseksi ja turvallisen ja korkean käytettävyyden mahdollistamiseksi muuttuvissa ajotilanteissa (kuorma, polttoaineseos).
  • Nopean pyrolyysin reaktorit bioöljyn tuottamiseksi
  • Vaahdotuslaitteet
  • Ydinvoimaloiden termohydrauliikan turvallisuustarkastelut.

Menetelmiä asiakkaiden tehtävien ratkaisemiseksi

Käytämme CFD-ohjelmia nimeltä ANSYS Fluent ja OpenFOAM. Toimimme kiinteässä yhteistyössä usean yrityksen ja yliopiston kanssa, erityisesti voimakattilateollisuuden ja voimayhtiöiden sekä prosessiteollisuuden kanssa. Yleensä asiakas hyötyy parhaiten, kun yhdistämme VTT:n sovellusprosessin tuntemuksen, kokeellisen työn VTT:n piloteilla ja mittaukset asiakkaan laitteilla sekä eri mallinnusmetelmien käytön.

Osaamistamme ja kokemustamme vaativien fysikaalis-kemiallisten prosessien mallintamisessa ja simuloinnissa hyödynnetään myös muihin virtausprosesseihin. VTT on laajentamassa CFD-mallinnuksen soveltamista mm. metallien juottoon ja hitsaukseen.

​CFD modelling yields lean gas burner


Customer: Fortum Power Solutions

Challenge: Develop a new low NOx gas burner for lean gas combustion

Solution: VTT used Computational Fluid Dynamics (CFD) modelling to support the design of the burner, optimising its performance

Key benefits:

  • Creation of a more efficient burner design
  • Burner operated reliably, just as simulations predicted