Hosain, M.L. (2016). Towards Accelerated Simulations for Fluid Flow and Heat Transfer of Large Industrial Processes. Licentiatsavhandling i energi och miljöteknik vid Mälardalens högskola.
Abstract
Tillverkningsindustrin är en av de största energikonsumenterna. Järn och stålindustrin i Kina växer väldigt fort. Flera studier har genomförts för att utvärdera den kinesiska stålindustrisektorn vad gäller energieffektivisering och utsläpp av CO2. Resultaten av studierna visade att de stora energibesparingarna som kan genomföras under åren 2020–2030 kommer från industriella ugnar i stålverken. För den svenska stålindustrin är det viktigt att vara mycket effektiv för att bibehålla konkurrenskraft. Varmvalsningsprocessen i stålindustrin är en lång process, där stora skivor hettas upp i en ugn över den temperatur där materialet rekristalliseras och metallen valsas sedan i tunna skivor. Skivorna kyls sedan på utrullningsbordet med vatten. Energimängden som används under processen påverkar direkt priset på produkterna. Dessutom kräver stränga statliga bestämmelser, en konkurrenskraftig marknad och bristen på vatten optimala processförhållanden för att reducera energikonsumtionen och utsläppen av klimatgaser. Datasimulering är det bästa och mest pålitliga verktyget att approximera en verkliga processer. Det finns därför ett behov att ha ett online simuleringsverktyg för processoptimering, beslutsstöd och diagnostik i olika industrier.
CFD-simulering (Computational fluid dynamics) är ett robust simuleringsverktyg för nästan alla typer av verkliga processer relaterade till vätskeflöde, värmeöverföring och förbränning. Dock är simulering av verkliga processer med CFD mycket utmanande på grund av komplexiteten i de fysikaliska fenomenen som ska studeras. I den här avhandlingen har CFD-simulering använts i liten skala för att förstå fysikaliska egenskaper och komplexiteten i värmningsprocesser av stålskivor och kylningsprocessen av de tunna stålplåtarna vid varmvalsningsprocessen i stålindustrin. Resultaten från simuleringarna är framgångsrikt validerade från experimentella och teoretiska resultat publicerade i litteraturen. Tidigare erfarenheter föreslår nätverksbaserade kommersiella CFD-verktyg för att simulera industriella processer om korrekta och detaljerade resultat ska fås. Dock är prestandan för dessa verktyg begränsade ur ett verklighetsperspektiv och indikerar behovet av alternativa CFD-metoder och verktyg. Det första steget i detta arbete var att genomföra en litteraturgenomgång av tidigare studier. Vi identifierade då alternativa metoder som skulle kunna användas för att genomföra CFD-simulering i realtid och i nära realtid för stora industriella processer. Avhandlingen diskuterar begränsningar av olika CFD-metoder och synliggör svårigheter och utmaning i att utnyttja dessa metoder för att simulera stora industriella processer. Vårt preliminära simuleringsarbete är ett litet steg på vägen i målet att producera flerfasiga och multifysikaliska realtidssimuleringar.
Bli den förste att kommentera