Um die Lücke zwischen Strömungsdynamik und thermischer Realität zu schließen, wird ein äquivalenter Diffusionsverbrennungs-Wärmequellen-Term in die Simulation integriert, um die Umwandlung von chemischer Energie in thermische Energie mathematisch darzustellen. Durch die Hinzufügung dieses Terms zu den Energiebilanzgleichungen kann das Modell die tatsächliche Wärme freisetzung während des Gasverbrennungsprozesses berücksichtigen, was der Haupttreiber des Temperaturfeldes des Ofens ist.
Durch die Übersetzung chemischer Reaktionen in eine quantifizierbare Wärmezufuhr ermöglicht dieser Quellenterm die präzise Vorhersage der Flammenpositionierung und der Austrittstemperaturen und dient als kritische Absicherung gegen Verschlackung und Geräteausfälle.
Die Mechanik der Integration
Vervollständigung der Energiebilanz
Eine Standardströmungssimulation berechnet, wie sich Gas bewegt, berücksichtigt aber nicht inhärent die Wärmeerzeugung.
Der äquivalente Diffusionsverbrennungs-Wärmequellen-Term löst dieses Problem, indem er die Energiebilanzgleichungen modifiziert. Er fungiert als mathematische Maschine, die die durch die Verbrennung von Brennstoff freigesetzte Wärme in den Rechenbereich einführt.
Simulation der Energieumwandlung
Verbrennung ist ein chemischer Prozess, aber thermische Simulationen befassen sich mit Temperaturverteilungen.
Dieser Quellenterm wandelt im Modell effektiv chemische Energie in thermische Energie um. Er ermöglicht es der Simulation, die physikalische Realität der Gasverbrennung nachzuahmen und sicherzustellen, dass das Temperaturfeld die tatsächliche Energiefreisetzung im Inneren des Ofens widerspiegelt.
Vorhersagefähigkeiten und Betriebssicherheit
Lokalisierung des Flammenzentrums
Eines der wertvollsten Ergebnisse dieser Integration ist die Fähigkeit, das Flammenzentrum zu lokalisieren.
Zu wissen, wo die Verbrennung am intensivsten ist, ist entscheidend für das Verständnis der Wärmeübertragung. Der Quellenterm stellt sicher, dass das Modell genau visualisiert, wo die Spitzentemperaturen relativ zu den Ofenwänden auftreten.
Vorhersage der Ofen-Austrittstemperatur
Die Simulation verwendet diesen Term, um die Temperatur des Gases zu berechnen, wenn es die Verbrennungszone verlässt.
Die genaue Vorhersage der Ofen-Austrittstemperatur ist ein wichtiger Datenpunkt für nachgeschaltete Komponenten. Sie bestimmt, wie viel Wärme in die nachfolgenden Prozessstufen übertragen wird.
Verhinderung kritischer Ausfälle
Risikominderung bei Verschlackung
Hochtemperaturöfen sind anfällig für Verschlackung, bei der geschmolzene Asche auf Oberflächen abgelagert wird.
Durch die genaue Simulation des Temperaturfeldes und der Flammenposition können Betreiber Zonen identifizieren, in denen die Temperaturen den Ascheschmelzpunkt überschreiten. Diese Vorhersagefähigkeit ermöglicht Anpassungen, um die Schlackenbildung zu verhindern, bevor sie zu einer Wartungskrise wird.
Schutz von Heizflächen
Überhitzung verursacht irreversible Schäden an den Heizflächen des Ofens.
Die Integration des Wärmequellen-Terms liefert die notwendigen Daten, um sicherzustellen, dass die Temperaturen innerhalb sicherer Materialgrenzen bleiben. Sie dient als präventives Werkzeug, um Oberflächenüberhitzung zu vermeiden und die Lebensdauer der Geräte zu verlängern.
Verständnis der Kompromisse
Abhängigkeit von der Modellgenauigkeit
Der Term wird als "äquivalenter" Quellenterm beschrieben, was bedeutet, dass er eine Darstellung komplexer Chemie ist und keine Molekül-für-Molekül-Simulation.
Die Zuverlässigkeit der Sicherheitsvorhersagen (Verschlackung und Überhitzung) hängt vollständig von der Genauigkeit dieses Terms ab. Wenn das Wärmefreisetzungsprofil im Quellenterm falsch definiert ist, wird das vorhergesagte Flammenzentrum falsch platziert, was zu einem falschen Sicherheitsgefühl hinsichtlich der Oberflächentemperaturen führt.
Die richtige Wahl für Ihre Simulation treffen
Um den Wert Ihrer Hochtemperatur-Ofensimulation zu maximieren, richten Sie Ihren Fokus auf Ihre spezifischen betrieblichen Ziele aus:
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Gerätesicherheit liegt: Stellen Sie sicher, dass der Quellenterm die Spitzenlastbedingungen genau wiedergibt, um potenzielle Überhitzungszonen auf Heizflächen korrekt zu identifizieren.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Wartungsreduzierung liegt: Verwenden Sie die vorhergesagte Ofen-Austrittstemperatur und die Flammenzentrum-Daten, um den Betrieb gezielt so abzustimmen, dass die lokalen Temperaturen unter den Schwellenwerten für Verschlackung bleiben.
Die genaue Integration des Verbrennungsquellenterms ist nicht nur eine mathematische Notwendigkeit; sie ist die Grundlage für einen sicheren und effizienten Ofenbetrieb.
Zusammenfassungstabelle:
| Schlüsselmetrik | Funktion in der Simulation | Betrieblicher Nutzen |
|---|---|---|
| Energieumwandlung | Wandelt chemische Energie in thermische Energie um | Validiert die Genauigkeit der Energiebilanz |
| Flammenzentrum | Lokalisierung des Spitzen-Temperaturpunkts | Verhindert lokale Oberflächenüberhitzung |
| Austrittstemperatur | Vorhersage der Gastemperatur am Ofenausgang | Schützt nachgeschaltete Komponenten |
| Verschlackungsrisiko | Identifiziert Zonen, die den Ascheschmelzpunkt überschreiten | Reduziert Wartung und Ausfallzeiten |
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Visuelle Anleitung
Referenzen
- O. I. Varfolomeeva, D. A. Khvorenkov. Development of a universal model for numerical analysis of firebox processes in heat-generating plants. DOI: 10.30724/1998-9903-2025-27-6-171-186
Dieser Artikel basiert auch auf technischen Informationen von Kintek Furnace Wissensdatenbank .
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