W procesach chemicznych producenci wykorzystują wtryskiwacze do chłodzenia szkodliwych gazów, odparowywania substancji chemicznych lub redukcji ilości materiałów niebezpiecznych przed ich bezpieczną utylizacją. Wtryskiwacze te są często zamontowane w rurach o różnych średnicach. Gdy substancje chemiczne lub gazy przepływają przez rurę, poruszają się często z dużą prędkością i mogą powodować drgania lub wibracje wtryskiwacza. Powoduje to awarie sprzętu wtryskiwaczy, a w konsekwencji zakład jest zmuszony do wyłączenia na czas konserwacji, tracąc cenny czas i zasoby.
Na szczęście istnieje rozwiązanie dla niebezpiecznych zastosowań związanych z rozpylaniem – CFD. Więcej informacji na temat tego, czym jest CFD i jak się go stosuje, można znaleźć w moim wcześniejszym artykule.
W przypadku takich zastosowań przeprowadzamy symulacje CFD, stosując w nich analizę naprężeń, zwaną interakcją płyn-struktura (FSI). Symulacje FSI gwarantują, że dysze, wtryskiwacze i kolektory nie są narażone na działanie ekstremalnych sił, które mogłyby doprowadzić do awarii. Oprócz innych zastosowań, FSI jest popularna w badaniach nad odrywaniem się wirów, przetwórstwie chemicznym oraz chłodzeniu gazów.
Jak już wspomnieliśmy, drgania wywołane przepływem występują, gdy silne siły aerodynamiczne pochodzące z przepływających gazów lub substancji chemicznych wywierają obciążenia na obiekty znajdujące się w strumieniu, takie jak wtryskiwacze, powodując drgania. Prowadzi to do potencjalnej awarii konstrukcji, a najbardziej niepokojące scenariusze wiążą się z wysokimi częstotliwościami odrywania się wirów, które mogą spowodować katastrofalną awarię z powodu niekontrolowanych drgań mechanicznych. Symulacje drgań są zatem niezbędne do zapewnienia integralności mechanicznej zarówno konstrukcji, jak i lanc.
Uchwycając skomplikowaną dynamikę i interakcje między przepływem gazu, strumieniem cieczy oraz naprężeniami mechanicznymi, możemy zweryfikować zarówno rodzaj sprzętu rozpylającego, który należy zastosować, jak i optymalną lokalizację tego sprzętu w rurze. Ostatecznie możemy zaprojektować, opracować i umieścić wtryskiwacz w taki sposób, aby wyeliminować występowanie drgań wywołanych przepływem.
Dlaczego ma to znaczenie? Zakłady przetwórstwa chemicznego mogą tracić miliony dolarów na ciągłą wymianę urządzeń rozpylających lub na przestoje spowodowane awariami sprzętu. Przeprowadzenie badań CFD w celu zapewnienia właściwego doboru sprzętu i jego optymalnego rozmieszczenia w procesie może przynieść zwrot z inwestycji w ciągu zaledwie kilku sekund, w zależności od procesu.
Co więcej, tego rodzaju prace podkreślają, co technologia obecnie ujawnia wszystkim, którzy trzymają rękę na pulsie – optymalizacja procesów, które uważamy za oczywiste, poprawia niemal każdy aspekt produkcji i działalności biznesowej, skutkując oszczędnościami, wyższymi zyskami i zwiększoną produkcją.
Jeśli chcesz omówić ten temat bardziej szczegółowo, skontaktuj się z nami lub napisz do mnie bezpośrednio przez LinkedIn.