Simulation der Temperatur- und Strömungsverteilung in einem Hochtemperaturofen


In Zusammenarbeit mit RATH AG, Hersteller von hochkorrosionsbeständigen Feuersfestmaterialen, wurde über ein gefördertes Projekt ein neuer OpenFOAM® Solver für die Modellierung des Wärmeaustausches in einem Hochtemperaturofen entwickelt. Der Ofen wird im Batch-Verfahren durch verdrallte Methan-Luft-Flammen bei bis zu 1750 °C betrieben. Eines der Projektziele war die Reduzierung des Verbrauchs von fossilen Brennstoffen unter Beibehaltung der hohen Produktqualität. Die Verbrennung im Brenner wurde mithilfe eines Modells in hoher Qualität (local extinction bzw. das vollständige EDC-Verbrennungsmodell sind im Solver auswählbar) mit dem kürzlich veröffentlichten edcSimpleFoam Solver separat simuliert. Für die Simulation des Hochtemperaturofens selbst wurden Ergebnisse der Brennersimulationen (aufgegeben als Randbedingungen) verwendet. Daher ist für diese Aufgabenstellung eine vollständige Open-Source-Lösung verfügbar. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Ergebnisse präsentiert, welche durch das Koppeln zweier OpenFOAM®Solver erhalten wurden: edcSimpleFoam und cM3RFoam. Es wird gezeigt, dass der Magnussen-Verbrennungsmodell-Solver in OpenFOAM® verlässliche Ergebnisse liefert, die als zuverlässige Randbedingungen für die Ofensimulation verwendet werden können.


Ofengeometrie mit zwei Flächen, Temperatur (in K) auf der mittleren Höhe des Brenners

 

Folgende Vorschläge zur Verbesserung der Strömungs- und Temperaturverteilung wurden dem Projektpartner RATH AG gemacht:

  • Änderung der Positionierung der Brenner
  • Modifikation der Platzierung der Schamottesteine

Diese Veränderungen wurden durchgeführt und führten zu einer statistisch signifikanten Verbesserung der Produktqualität in der industriellen Herstellung.

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