Bei chemischen Verarbeitungsprozessen setzen Hersteller Injektoren ein, um schädliche Gase zu kühlen, Chemikalien zu verdampfen oder gefährliche Stoffe vor ihrer sicheren Entsorgung zu minimieren. Diese Injektoren befinden sich häufig in Rohrleitungen unterschiedlicher Größe. Wenn diese Chemikalien oder Gase durch die Rohrleitung strömen, bewegen sie sich oft mit hoher Geschwindigkeit und können dazu führen, dass der Injektor wackelt oder vibriert. Dies führt zu Ausfällen der Injektorhardware und hat zur Folge, dass die Anlage für Wartungsarbeiten abgeschaltet werden muss und wertvolle Zeit und Ressourcen verloren gehen.
Glücklicherweise gibt es eine Lösung für gefährliche Sprühanwendungen – CFD. Weitere Informationen darüber, was CFD ist und wie es eingesetzt wird, finden Sie in meinem früheren Artikel.
Wir führen CFD-Simulationen für Anwendungen wie diese durch, indem wir eine Spannungsanalyse in unsere Simulation einbeziehen, die als Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) bezeichnet wird. FSI-Simulationen stellen sicher, dass Düsen, Injektoren und Verteiler keinen extremen Kräften ausgesetzt sind, die zu einem Ausfall führen könnten. Neben anderen Anwendungsbereichen ist FSI vor allem bei Wirbelablösung, chemischen Prozessen und der Gaskühlung weit verbreitet.
Wie bereits erläutert, treten strömungsinduzierte Schwingungen auf, wenn starke aerodynamische Kräfte der vorbeiströmenden Gase oder Chemikalien Belastungskräfte auf Objekte in der Strömung – wie beispielsweise Injektoren – ausüben und so Schwingungen verursachen. Dies führt zu potenziellen strukturellen Versagen, wobei die besorgniserregendsten Szenarien starke Wirbelablösungsfrequenzen beinhalten, die aufgrund ungebremster mechanischer Schwingungen zu katastrophalen Ausfällen führen können. Daher sind diese Schwingungssimulationen notwendig, um die mechanische Integrität sowohl der Struktur als auch der Lanzen sicherzustellen.
Durch die Erfassung der komplexen Dynamik und der Wechselwirkungen zwischen Gasströmung, Flüssigkeitssprühnebel und mechanischen Belastungen können wir sowohl die Art der zu verwendenden Sprühvorrichtung als auch die optimale Anordnung der Ausrüstung innerhalb der Rohrleitung überprüfen. Letztendlich können wir einen Injektor so entwerfen, entwickeln und positionieren, dass strömungsinduzierte Schwingungen nicht auftreten.
Warum ist das wichtig? Chemische Verarbeitungsanlagen können Millionen von Dollar verschwenden, wenn sie ständig Sprühvorrichtungen austauschen oder eine Anlage aufgrund von Geräteausfällen stilllegen müssen. Die Durchführung von CFD-Studien zur Sicherstellung einer korrekten Geräteauswahl und einer optimalen Positionierung innerhalb des Prozesses kann sich je nach Prozess innerhalb von Sekunden amortisieren.
Darüber hinaus verdeutlicht diese Art von Arbeit, was die Technologie derzeit allen offenbart, die am Puls der Zeit sind – die Optimierung von Prozessen, die wir als selbstverständlich ansehen, verbessert nahezu jeden Aspekt in der Fertigung und im Geschäftsleben und führt zu Kosteneinsparungen, höheren Gewinnen und gesteigerter Produktion.
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