Моделирование системы каталитической очистки воздуха в канализационных сетях методом CFD

О проекте

  • Моделирование системы каталитической очистки воздуха в канализационных сетях методом CFD
  • «ОЗОН МАСТЕР»
  • Строительство
  • 2016 год

Моделирование системы каталитической очистки воздуха в канализационных сетях методом CFD

Канализационные сети представляют собой сложный инженерный комплекс, включающий различные сооружения и оборудование. Основной задачей канализационных сетей является отведение, очистка и утилизация сточных вод.

Любые сточные воды имеют неприятный гнилостный запах, являющийся настоящей проблемой любой канализационной сети. Появление запаха обуславливается процессами разложения сточных вод и химическими реакциями, в результате которых выделяются газы с резким запахом. Неприятный запах из канализационных сетей может существенно повлиять на комфортность жизни человека.

С целью предотвращения возникновения подобных проблем и улучшения качества жизни населения компания «ОЗОН МАСТЕР» разработала систему каталитической очистки воздуха с помощью окисления сероводорода озоном. Такие системы позволяют эффективно бороться с появлением неприятного запаха из канализации.

Для оценки эффективности возможных вариантов усовершенствования системы компании требовалось проведение натурных испытаний, которые подразумевают строительство физических прототипов. Это чрезвычайно дорогой вид испытаний.
Оптимальным вариантом, который позволяет сократить денежные и временные затраты, а также снимать параметры не в дискретных локальных точках, где размещены датчики, а более детально изучать аэродинамику потока с учетом задач химической кинетики, является моделирование. Также с помощью моделирования можно оценить несколько вариантов конструкции, выделить из них наиболее оптимальный и определить, какие можно произвести изменения в системе для того, чтобы повысить ее эффективность. Тогда компания «ОЗОН МАСТЕР» приняла решение воспользоваться преимуществами моделирования и обратилась за помощью к инженерам компании «МЦД».

В рамках данного проекта перед инженерами «МЦД» стояла задача провести серию газодинамических расчетов проточного тракта системы каталитической очистки воздуха с учетом процесса смешения и химической кинетики для оценки эффективности работы системы очистки воздуха путем окисления сероводорода озоном.

Для решения данной задачи был выбран метод CFD (Computational Fluid Dynamic). Моделирование проводилось с помощью универсального пакета вычислительной гидрогазодинамики Ansys Fluent на основе численного решения общих уравнений движения жидкости и газа (уравнений Навье-Стокса) с помощью метода контрольных объемов (МКО).

Объемная сеточная модель фильтрующих элементов (адсорберов)
Рисунок 1. Объемная сеточная модель фильтрующих элементов (адсорберов)

Кроме исходной системы дополнительно было исследовано три варианта геометрии: с увеличенным количеством перегородок в камере; увеличенной длиной камеры смешения и вариант с дополнительными перегородками. Доокисление сероводорода в адсорберах не учитывалось.

Исходные данные моделирования (граничные условия) для всех вариантов были одинаковыми: Давление воздуха на входе – 1 атм, Суммарный расход озона на входе — 300 г/ч, Температура воздуха на входе — 12°С, Содержание сероводорода в воздухе на входе — 50 мг/м3, Суммарный расход на выходе через вентилятор — 10000 м3/ч.

На основе предоставленной CAD-геометрии системы очистки, для проведения CFD-расчета в CAD-пакете Ansys SpaceClaim Direct Modeler была построена трехмерная твердотельная геометрическая модель внутренней области течения системы очистки.

Было показано, что базовая геометрия проточного тракта системы не обеспечивает требуемого уровня (в соответствии с действующими нормативами – ПДК) концентрации сероводорода на выходе.

Показано, что увеличение длины камеры смешения и количества перегородок в камере (при сохранении шага между перегородками) улучшает процессы смешения и диффузии компонентов в рабочей зоне и, как следствие, приводит к снижению концентрации сероводорода на выходе.

Для обеспечения требуемой (согласно ПДК) концентрации сероводорода на выходе заказчику было рекомендовано увеличить длину камеры смешения и количество перегородок.

Вариант №4. Концентрация сероводорода в сечение, которое проходит через выходные патрубки
Рисунок 2. Вариант №4. Концентрация сероводорода в сечение, которое проходит через выходные патрубки
Вариант №4. Концентрация сероводорода в сечение, которое проходит по середине ширины камеры смешения
Рисунок 3. Вариант №4. Концентрация сероводорода в сечение, которое проходит по середине ширины камеры смешения
Вариант №4. Концентрация сероводорода в продольных сечениях, проходящих через центр отверстий в камеры смешения
Рисунок 4. Вариант №4. Концентрация сероводорода в продольных сечениях, проходящих через центр отверстий в камеры смешения

Подводя итог, инженерами «МЦД» была выполнена серия численных расчетов методом вычислительной аэродинамики в обоснование разработанной системы каталитической очистки воздуха и ее модернизации. Произведена оценка эффективности очищения воздуха четырьмя вариантами конструкции системы. И на основе расчётов был предложен вариант наиболее эффективной оптимизации системы с учетом целевых показателей и требований заказчика.

Есть подобная задача? Звони!

Позвоните нам

+7 (495) 644-06-08

Напишите нам

info@digitaltwin.ru

Часы работы

Пн-Пт 9:00 – 18:00

Другие проекты

Отправить сообщение

    Свяжитесь с нами

    Позвоните нам

    +7 (495) 644-06-08

    Напишите нам

    info@digitaltwin.ru

    Часы работы

    Пн-Пт 9:00 – 18:00