Μοντελοποίηση ροής και μετάδοσης θερμότητας σε αερολέβητα με υπέρυθρη θερμογραφία και CFD

Abstract

Ο σχεδιασμός αερολεβήτων οι οποίοι χρησιμοποιούν ως καύσιμο πετρέλαιο ή φυσικό αέριο συνήθως πραγματοποιείται με την εφαρμογή παραδοσιακών μεθόδων. Από την άλλη η εφαρμογή σύγχρονων υπολογιστικών εργαλείων μπορεί να υποσχεθεί πολλά σε αυτή την κατηγορία εξοπλισμού, ειδικά αν συνοδεύεται από σύγχρονες χαμηλού λειτουργικού κόστους πειραματικές διατάξεις. Η παρούσα εργασία, αναφέρεται στην εφαρμογή εμπορικού λογισμικού Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (Computational Fluid Dynamics), συνοδευόμενου από υπέρυθρη θερμογραφία (infrared thermography), με σκοπό την παρουσίαση και βελτιστοποίηση της ροής και της μετάδοσης θερμότητας σε ένα αερολέβητα ονομαστικής ισχύος 30,000 kcal/h. Η υπέρυθρη θερμογραφία συνέβαλε στον προσδιορισμό των θερμοκρασιακών οριακών συνθηκών στις επιφάνειες του εναλλάκτη θερμότητας φλόγας - καυσαερίων / αέρα αεροθέρμανσης. Το τρισδιάστατο (3D) ροϊκό πεδίο και η μετάδοση θερμότητας στον όγκο ελέγχου του αερολέβητα, σε μόνιμες συνθήκες (βέλτιστο σημείο λειτουργίας), υπολογίζονται με τη βοήθεια του λογισμικού και παρουσιάζονται κυρίως σε μορφή τρισδιάστατων ροϊκών γραμμών και πεδίων κατανομής θερμοκρασιών και ταχυτήτων σε χαρακτηριστικές διατομές του όγκου ελέγχου. Τα αριθμητικά αποτελέσματα ελέγχονται μέσω των ισοζυγιών ενέργειας στις διατομές εισόδου και εξόδου του όγκου ελέγχου, όπου γίνονται επίσης ενδεικτικές μετρήσεις θερμοκρασιών και ταχυτήτων. Με αυτό τον τρόπο μπορεί να υπολογισθεί και ο βαθμός απόδοσης του αερολέβητα, ο οποίος επαληθεύεται με βάση τις μετρήσεις με τον εξειδικευμένο αναλυτή καυσαερίων. Σημαντικές βελτιώσεις στο σχεδίασμά των αερολεβήτων καταδεικνύονται με τη βοήθεια αυτής της διαδικασίας. Έτσι καταλήγουμε σε μια ελπιδοφόρα μεθοδολογία σχεδιασμού αερολεβήτων, η οποία υποστηρίζεται από σύγχρονα υπολογιστικά και πειραματικά εργαλεία.