SBES Technologies entwickelt klimafreundliche Verbrennungssysteme mit Flownex®SE
Herausforderung
Die Verteilung von Luft- und Kraftstoffströmungen, Druckverluste, Geschwindigkeiten und die Verbrennung in Verbrennungssystemen zu analysieren und zu verstehen ist eine komplexe Aufgabe. Um den Druckabfall im System genau vorherzusagen sind dazu häufig kostspielige und zeitaufwändige 3D-CFD-Simulationen und praktische Versuche erforderlich, insbesondere für Brennstoffe auf Basis von Wasserstoff.
Lösung
Flownex® ermittelt Druckverluste, Volumenströme und Wärmeübergänge für die verbundenen Elemente komplexer strömungs- und wärmetechnischer Systeme und Anlagen. Ingenieure können die Auswirkungen geometrischer Änderungen untersuchen und die Performance des Systems für eine breite Palette von Betriebsbedingungen überprüfen, während sie gleichzeitig Rechenzeit und Kosten reduzieren.
Vorteile
Die 1D-Strömungssimulation mit Flownex SE liefert im Vergleich zu numerischen 3D-Simulationen und Experimenten sehr viel schnellere Ergebnisse, was die Kosten für Berechnungen und Experimente erheblich reduziert. Flownex SE liefert wertvolle Einblicke in charakteristische Größen wie z.B. Strömungsverteilung, Druckabfall, Verbrennung und Wärmeübergang.
Flownex is a very useful tool to perform flow path analysis of different configurations and media. In our specific example, we are using Flownex for air-fuel path layouts. It gives the air/fuel flow split at different locations, pressure, temperatures and velocity in the flow path.
Einleitung
Kohlenstofffreie Kraftstoffe werden eingesetzt, um die CO2-Emissionen in der Atmosphäre zu verringern und den Weg zu einer umweltfreundlichen Technologie zu ebnen. Ein geeigneter Kandidat für kohlenstofffreie Kraftstoffe ist Wasserstoff. Wasserstoffverbrennungsmotoren sind ein wertvoller Ersatz für konventionelle Verbrennungsmotoren und haben das Potenzial, die Treibhausgasemissionen und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen erheblich zu verringern. Die Verbrennungseigenschaften von Wasserstoff führen jedoch häufig zu hohen Verbrennungstemperaturen, die schädliche Emissionen wie NOx-Emissionen verursachen.
Die Modellierung des Wasserstoffverbrennungssystems ist in der Entwurfsphase von entscheidender Bedeutung. In der Industrie gibt es mehrere Methoden, wie z. B. die 3D-CFD-Modellierung, die für die Modellierung des Wasserstoffverbrennungssystems verwendet werden können. Einer der größten Nachteile der 3D-CFD-Modellierung besteht jedoch darin, dass sie sehr zeit- und kostenaufwändig ist; daher wurde die 1D-Strömungsmodellierung für die Simulation des Wasserstoffverbrennungssystems in Betracht gezogen.
Das Hauptziel der Simulation besteht darin, den Druckabfall im Verbrennungssystem zu charakterisieren, welcher ein Schlüsselparameter für die Energieeinsparung ist. Ein Verbrennungsprüfstand und die zugehörige 1-D-Netzwerkmodellierung des Verbrennungssystems sind in Abbildung 1 bzw. Abbildung 2 dargestellt.
Vorgehensweise
Detaillierte Konstruktionsinformationen wurden genutzt, um ein umfassendes 1D-Netzwerk zu modellieren und das gesamte Verbrennungssystem effizient zu simulieren. Experimentelle Daten, einschließlich Variationen der Massendurchflussraten, ermöglichen es, Druckverluste im Brenner zu bestimmen. Diese Ergebnisse wurden dann anhand von 1D-Flownex SE-Modellen und 3D-CFD-Simulationen validiert, zusammen mit Vergleichen für die adiabate Flammentemperatur und die Emissionsprodukte.
Ergebnisse
Der Druckabfall im Brenner zeigte eine gute Korrelation mit der 1D-Flownex®-Modellierung und bestätigt deren Genauigkeit. Weitere Parameter, wie die adiabate Flammentemperatur, NOx- und CO2-Emissionen, stimmen ebenfalls gut mit den experimentellen Ergebnissen überein.
