如何用新方法設計新一代Eclipse Linnox 燃燒器。這種燃燒器的目的是要大幅度減少風機將空氣注入天然氣燃燒器時所消耗的能量,同時保證能效以及排放指數與現有設計相同。為了實現這個目標,工程師們需要簡化設計,消除在之前設計版本中達到高水準混合程度的功能,但是仍然保證在所有管道內燃燒氣體與空氣的比率為7.5 % ± 0.5 %。 Eclipse 設計師們在Inventor 內畫好燃燒器的原始模型,然后在集成在CAD 軟件中的FloEFD 軟件中分析他們的模型。
原始模型的模擬結果顯示了空氣和燃料在所有管道內的混合濃度,突出需要改進混合濃度的區域。
圖 1 :仿真已有產品顯示:基于中等壓力空氣渦流和天然氣注入產生了良好質量的混合濃度
設計工程師們對混合器做了一系列的修改。每次更改后,他們執行一次仿真分析,確定設計更改的影響,特別注意在整個腔體內不同物質的分布和壓降。對每一次重大的變化,他們還進行了一系列的參數研究,評估改變設計的主要參數所產生的影響。
觀察這些變化對兩種物質分布的影響,他們了解了設計中的敏感參數,而根據物理實驗,這樣的信息可能永遠也不可能獲取到。工程師鎖定一個設計并執行進一步優化。模擬結果顯示,最終的設計方案壓降只有300 帕斯卡,與現有的燃燒器壓降相比減少了900 % ( 減小 10 倍)。到了這一階段,Eclipse 才制造了第一個新設計樣品。樣品的性能和仿真所預測到的很接近,然而他們卻極大地縮減了創造一個升級產品所需要的設計時間和成本(目前新產品還沒有上市)。
總之,在涉及到氣體混合的應用產品設計的早期階段開始使用CFD 仿真能節省時間和金錢。最優方法順應了特殊行業的要求,幫助設計工程師避免分析錯誤。遵照具體的流程,任何工程師都可通過稍微修改設計或無額外成本產生的情況下優化設計。
補充:不進行分析的成本
不理想的燃氣和空氣混合會對Linnox 燃燒器性能產生顯著影響。從燃燒器排放的有害物質以及不均衡的熱量分布均會對應用產生負面影響,比如在紙張干燥,石膏板干燥,食品加工,空氣凈化等應用中。關于工程仿真對公司盈利的影響方面,已經有相當多的研究。Aberdeen Group 發布了數個該主題的報告。
最近的報告發現“一流”公司趨向于測試虛擬樣機(見表1 ) ,而不是測試物理樣機。與此相反,那些歸類到“落后企業”類的公司很少在虛擬樣機上花費時間,而是執行更多輪的物理實驗:
圖 2 :仿真新的設計顯示:基于低壓力空氣渦流和天然氣注入產生了更高質量的混合濃度
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