Demo Intercambiador
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CAVENDISH CFD Ansys Inc. Dinámica de Fluidos Computacional-CFD
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Se muestra cómo se realiza el diseño de un intercambiador de calor con CFD
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CAVENDISH CFD
Ansys Inc. Dinámica de Fluidos Computacional-CFD
DEMO
INTERCAMBIADOR DE CALOR
El demo describe el proceso simulación de un intercambiador de calor.
Se trata del “caso base” que consiste en simular el diseño actual del intercambiador con 1,000 tubos.
Se tienen dos fluidos:
Temperatura:
Gases de combustión: 340 ºC
Aire de ventiladores: 25 ºC
Gastos:
Gases de combustión: 21 Nm3/s
Aire de ventiladores: 107.5 Nm3/s
OBJETIVO GENERAL:
MOSTRAR EL PROCESO DE SIMULACIÓN CON ANSYS FLUENT
OBJETIVO PARTICULAR:
DEMOSTRAR MEDIANTE SIMULACION QUE LAS TEMPERATURAS EN LA SALIDA DE LOS
GASES COINCIDE CON LOS DATOS MEDIDOS EN CAMPO.
DEMO-Intercambiador Tubo-Coraza
Workbench es la plataforma
de simulación de ANSYS
Workbench cuenta con una
gama completa de multi-física
Desde Workbench se establece la relación entre
los diferentes fenómenos físicos incluidos
La secuencia muestra las
etapas terminadas () y
por completar (?)
Con doble-clic se abren las
herramientas necesarias:
Geometría: Design Modeler
Malla: ANSYS Meshing
Solución: ANSYS Fluent
Resultados: CFD-Post
WorkBench
Con Design Modeler se
diseñan o importan las
piezas sólidas…
Design Modeler
Con ANSYS Meshing Platform se efectúa la división
en celdillas de manera altamente automatizada y se
asignan las zonas, p. ej. entradas, paredes, simetrías,
etc.
ANSYS Meshing
Meshing pueden
generar elementos
tetraédricos o
hexaédricos
Hexaedros
Tetraedros
ANSYS Meshing
En este caso se tiene
dos zonas de
interacción:
Aire
Gases de
combustión
ANSYS tiene
un alcance sin
paralelo por la
cantidad de
fenómenos que
puede simular
ANSYS Fluent
En esta etapa se deberá parametrizar (set up)
el caso, definiendo modelos, materiales,
fluidos, condiciones de frontera, etc.
ANSYS Fluent es el software de mayor uso en
la industria para simulación de una enorme
variedad de fenómenos que ocurren en todo
tipo de flujos.
Modelos: De acuerdo al tipo de física que
pretende simular, se eligen los modelos
adecuados.
Materiales: Fluent
posee una librería
muy extensa de
fluidos y en caso
de no contar con
alguno, se puede
dar de alta en la
base de datos
Los modelos de
ANSYS Fluent
tienen una
profundidad
teórica inigualable
Modelo de Energía para
resolver el caso del
intercambiador de calor
Fluent permite
modificar las
propiedades físicas
a valores constantes
o dependientes de
alguna variable. p.e.
densidad de acuerdo
a la temperatura.
En boundary conditions
se introducen los valores
de frontera del sistema,
como por ejemplo:
Velocidad
Temperatura
Entrada de aire
Entrada de gases
Salida de gases
Salida de aire
Finalmente se inicializa
el caso y se corre la
solución.
Únicamente hay que
cerciorarse de que la
solución converja y el
caso estará listo.
ANSYS Fluent
CFD Post
Una vez obtenida una solución, se puede modificar el
parámetro definido y simplemente se actualiza todo el caso
Con CFD-
Post es muy
fácil
comparar
múltiples
alternativas
Con CFD-Post
se visualizan
los resultados
de la
simulación
CFD Post Contornos de
Temperatura
Se puede analizar cualquier variable en cualquier zona. En este
caso de observan los incrementos y decrementos de
temperatura en las entradas-salidas de los dos flujos. El
promedio de los valores a salida de los fluidos coinciden con
los especificados en el caso: 228 ºC para la salida de gases.
Flujo frío-entrada
Flujo caliente-entrada
CFD Post Contornos de
Temperatura
Esta es una forma de identificar los
puntos calientes en la estructura y a
partir de ello, tomar decisiones mas
acertadas sobre posibles mejoras,
tareas de mantenimiento,
instrumentación, seguridad, etc.
Contornos de temperatura
en las paredes
CFD Post Contornos de Velocidad
En la zona de Aire
Los contornos de velocidad
se pueden conocer en
cualquier punto. Para este
caso, se presentan sobre un
plano que se encuentra en
la parte media del primer
ventilador
Zonas de
alta
velocidad
Zonas de
recirculación
CFD Post
Con esta información se
puede deducir la causa de
algunos problemas en el
equipo y proponer
soluciones mas acertadas.
En esta zona se eleva la
temperatura debido a la
baja velocidad de aire.
Esto puede propiciar
puntos calientes en los
tubos.
Velocidades
º T
Contornos de Velocidad
En la zona de Aire
CFD Post
La velocidad en esta zona
se eleva por dos razones:
1. La concurrencia de aire
hacia esa zona
2. La reducción de la
densidad del aire por su
aumento de temperatura
Contornos de Velocidad
En la zona de Aire
Estas path line muestran la
trayectoria preferente del aire
a través de los tubos y se
puede observar la zona en
cuestión.
CFD Post
Mas planos de
contornos de velocidad
Velocidad en la salida
de gases
Contornos de Velocidad
En la zona de Aire
CFD Post
Con el display de los
vectores de velocidad
podemos saber la dirección
del flujo en cualquier punto
de la geometría.
Contornos de Velocidad
En la zona de Aire
CFD Post Contornos de Velocidad
En la zona de Gases
Esta vista ortogonal permite
ver la tendencia de los
gases al interior de los
tubos. Zona de alta
velocidad
Contornos de velocidad a
través de los tubos, justo en
la entrada
Zona de baja velocidad
CFD Post Path Line al interior de los tubos
En la zona de Gases
Flujo preferencial en los
gases
Los gases (que aun acarrean harina)se van por una
región especifica y eso propicia zonas de baja velocidad Zona de baja velocidad
Es muy probable que en las zonas de baja velocidad se
acumule harina y tape los tubos. Esto reduce
evidentemente la eficiencia del equipo
Para este tipo de casos es muy aconsejable tener perfiles
de velocidad constantes
DEL OBJETIVO GENERAL:
Las herramientas de Geometrías, Mallado, Parametrizado y Post-procesamiento de
Ansys Fluent son muy versátiles, simples y confiables.
DEL OBJETIVO PARTICULAR:
La temperatura promedio a la salida de los gases coincide aproximadamente con la
especificación de diseño:
De diseño: 228 ºC
De simulación: 230ºC
ESTA CLASE DE HERRAMIENTAS SON DE GRAN AYUDA PARA ACELERAR LOS
PROCESOS DE MEJORA CONTINUA Y AHORRAR GRANDES CANTIDADES DE RECURSOS
ENERGETICOS MEDIANTE LA OPTIMIZACION DE LOS SISTEMAS.
CONCLUSION DEL DEMO
