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2020 - 12 - 09
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2020 - 11 - 25
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2020 - 10 - 21
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垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型
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垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

介绍

作者:

陈诗佳  上海交通大学-巴黎高科卓越工程师学院

谢文丽  上海安世亚太流体应用工程师

本文共计1755字,阅读时间预计6分钟


编者按

作者使用Flownex对垃圾处理中心通风系统的局部管线进行模拟,对敞开式处理车间和封闭罐装设备的环境通风系统做出整体评估,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。

研究目的

随着国内环境三废处理规范要求越来越明细化,各种环保处理工艺可以说是百花齐放。但由于环保处理的对象具有极其复杂的来源,因此各种工艺和设备的处理效率仍需不断提高。这里就针对有机质固废集中处理中心的敞开式处理车间(低浓度臭气)和封闭罐装设备(高浓度臭气)的环境通风系统做一个评估。

处理车间的臭气产生量与处理废弃物种类、处理量、停留时间有关,这种环境下空气的换气率指标是有相应标准限定的。

■ 对于封闭罐装设备来说,高浓度臭气的产量与种类、储量、时间、压力、温度等参数相关。

有了这些基础数据以后,一般通风系统的管道布置设计就可以开始了,同时可以进行风机选型。

垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

由于垃圾处理中心处理的种类随着季节、处理量而变化,通风系统需要随之重新改造或升级。因此,对现有通风系统的评估和改造是相关企业经常面临的事。

本文使用集成CFD程序的一维管网系统设计软件——Flownex,对垃圾处理中心的通风管路系统的局部管线进行模拟,评估现有运行参数下每一个吸风口的风量,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。


Flownex软件简介

Flownex是一款优秀的一维管网系统热流体设计、优化软件。

■ 它在电力、核能、化工、船舶、燃机、建筑、天然气管网、航站楼飞机供油管路系统等领域都有广泛的运用

■ 它含有丰富的过流元件(图1所示)(如管道、阀门、换热器)、流动控制元件、动力元件(风机、水泵、压缩机、锅炉、燃烧室、核电反应堆等)、从动元件(汽轮机、涡轮、电机等)、输配电系统和优化设计模块等。

■ 它丰富的外部接口可以耦合其他软件如ANSYS CFD/Mechanical、MATLAB/Simulink、RELAP、ROHR2、EES、Excel、OPC、Labview、MathCad等,以及其他数据文件如GIS、PCF(Autodesk inventor)、Cape-Open及用户二次开发模块等;也可以应用于各种流体介质(含两相流、相变等)的管网系统评估。

垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

图1:Flownex界面示意图


案例分析

通风除臭系统结构简图

通风除臭系统结构(图2)由不同面积、标高的矩形风管组成,每个进口都布置有格栅(图3),进气口支路上安装有风量调节阀,管路有3处位置布置了不同风量的风机。

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                             图2:系统结构简图                                              图3:吸风口格栅


Flownex系统搭建

依据通风除臭系统结构,搭建下图(图4)所示Flownex流动网络。其中:

①和②段为气体出口,其余均为进气风口。

■ 气体由出口①汇总后进入吸收塔进行净化(此案例未分析)。

■ 边界条件:①给定出口质量流量Q=60000 m3/h,其余边界均设置总压为1 atm,温度为25℃。

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图4:通风除臭系统管路示意图


系统管路中的主要部件——吸风口格栅、风力调节阀、轴流风机、风管等,分别在Flownex中的元件库中获得,如下(表1)所示。其中:

■ 吸风口格栅:由流阻元件与节流元件连接构成,流阻曲线通过三维仿真结合数据拟合获得。

■ 风量调节阀:选用蝶阀元件来表示,并通过调节阀门开角获得对应损失系数。

■ 轴流风机:轴流风机特性曲线由实际风机型号获得。

■ 风管:方型通风管道等效为圆管,采用Darcy-Weisbach公式计算流动损失:

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■ 粗糙度:基于“建筑行业设计手册”,通风管道粗糙度本文设定粗糙度为30μm。

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表1:系统主要部件及其对应Flownex元件

通风除臭系统分析

对原定除臭系统中的风管管路进行分析,获得各风口速度分布(图5)及最小和最大的吸风口位置。

通过分析可以看出,最小速度风口和最大速度风口相差很大,导致最小风口出风量很少,不能达到除臭效果,管路风量匹配不均匀。因此,需要重新匹配更合理的风机。

垃圾处理中心除臭系统设计评估与风机选型

图5:吸风口进气速度分布

风机合理匹配

依据风机位置,将管路系统划分为A、B、C三段,通过分段模拟获得每段管路的流阻特性曲线,并给出对应风机的合理选择范围。

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 管路段A

管路段A的Flownex网络及边界条件设置(如图6)所示。通过调整出口流量,计算对应流动损失,获得管路段A的流阻特性曲线。

经计算分析后,风机A应满足如下条件:

650 m3/ℎ < Qfan < 1470 m3/ℎ 。

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图6:管路段A的Flownex网络及边界条件


 管路段B

使用相同方法获得管路段B的流阻特性曲线。此段管路入口即为管路段A(或风机A)出口,因此将其流量设定为管路段A的流量极限值Q1=1500 m3/ℎ。

对于管路段B,当出口流量为3000—20000 m3/ℎ时,吸风口进气速度均在0.2m/s到7m/s的范围内。

由此,风机B应满足:

3000 m3/ℎ < Qfan < 19000 m3/ℎ。

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图7:管路段B的Flownex网络及边界条件


 管路段C

使用相同方法获得管路段C的流阻特性曲线。除变化数值的流量出口外,其余进气口均设定为压力边界,Ptot = 1atm。

基于同样的判定标准,风机C的合理范围为:

3100 m3/ℎ < Qfan < 49000 m3/ℎ

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图8:管路段C的Flownex网络及边界条件


结论

Flownex作为一款优秀的一维热流体系统分析软件,通过对现有垃圾处理中心通风环境系统的评估,可很快找出各个吸风口风量不均的实际原因,为后期扩容改造或风道优化设计及优化运行参数提供重要的技术支撑。

随着垃圾处理中心的数字化、智能化改造发展趋势,Flownex可以接入BIM系统,并与其他数字孪生平台结合(如ANSYS TWIN BUILDER),可实现通风系统关键设备与部件的动态运行优化与诊断,从而提高运行效率、降低能耗、延长设备的使用寿命,提高设备的可靠性。



*本文版权归上海安世亚太所有,

如需转载,请与我们联系。

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2021 - 01 - 13
作者:高征宇 上海安世亚太流体应用工程师本文共计1435字,阅读时间预计5分钟编者按作者由浅入深,通过《数码宝贝》引申出数字孪生的发展历程与生活中的实际运用,分析了数字孪生运用中的重点及难点,最后通过案例展示了数字孪生的使用方式。或许大家有发现数字孪生的概念正慢慢地变得火热起来。不仅变成了众多行业、企业,各种大中小型研讨会追捧的话题,也成为了大家茶余饭后的谈资。数字孪生可以说1970年Apollo 13事故中拯救了三位宇航员的模拟器是第一个数字孪生的应用。而概念上的起源是2002年Michael Grieves在密西根大学做演讲时在PLM概念模型中首次提出的现实与虚拟空间的概念,之后在其著作中被称之为镜像空间模型(Mirror Space Model),演化至今成为了数字孪生(Digital Twin)。数字孪生是一种超越现实的概念,如今可以被视为一个或多个重要且彼此依赖的装备系统间的数字映射系统。数字孪生是某个特定实体产品/系统的数字表示,能够更深入地洞察该产品的状态、性能和行为;能够实现系统设计、优化、预见性维护、优化工业产品管理。这种方式充分利用了物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成为一个多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。举个简单点的例子:不知道大家还是否记得《数码宝贝(Digital Monster)》 ,数码暴龙机与数码暴龙的结合就是比较典型的数字孪生早教片了。▲暴龙实体▲暴龙数字体这个听起来可能是养成 + 战斗类游戏,而反应在工业上严谨度会更高。类似的是:你有关心的重要设备(Monster)、各种不同的工况、不同的环境以及他们之间的影响(Buff),我们通过监控虚拟设备的运行情况,结合实际工况/数据的实时采集(HP/MP),能及时预测、发现并解决问题,使得系统良好运转(Fi...
2021 - 01 - 07
作者:李超峰 上海安世亚太流体应用工程师文章发布:上海安世亚太官方订阅号(搜索:PeraShanghai)联系我们:021-58403100本文共计1371字,阅读时间预计4分钟编者按作者通过一个优化模具通道的案例进行分析和讲解,拆分了该案例的优化步骤,让我们清楚地了解到ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的重要作用。背景挤出成型是聚合物、玻璃及食品加工连续性生产工艺的重要方法。由于聚合物在拉伸和挤压过程中表现出复杂的粘弹性行为,因此熔体在模具中和自由端的流动行为非常复杂。目前主要采用实验方法和数学解析的方法来进行研究,前者由于需要反复模具试制、多次试模才能得到合格的产品,且一类经验在其他类型产品中复制性差,造成生成时间周期长,难以满足激烈的市场竞争需求;对于数学解析的方法,随着流变学的发展和计算机技术提高,使这种方法越来越成熟,ANSYS POLYFLOW经过多年的发展,目前已包括丰富的求解功能:可以求解的网格类型多包括三角形、四边形、四面体、六面体等,网格变形工具包括网格叠加技术、网格自适应、网格重构,适应求解网格大变形问题;对于前处理软件有很好的接口可以读入ANSYS meshing、ICEM、GAMBIT网格工具生成的网格;丰富的求解模型包括牛顿流体、广义牛顿流体、粘弹性流体等多种流变模型。因此,POLYFLOW特别适合应用于聚合物成型加工、玻璃工业及食品行业中的材料流动模拟。在塑料产品加工行业应用包括挤出成型、吹塑成型、拉丝、涂覆工艺的流动、传热问题。POLYFLOW在挤出成型中的优化应用在挤出成型中,挤出产品的形状是挤出口模设计的一个重要目标,而挤出胀大现象给具有形状和尺寸要求的模具设计带来了一定难度。另外,熔体流出口模截面速度的差异,同样会造成产品内应力增大,造成产品变形严重。对此,我们可以通过优化模具内部通道,改善出口截面流速的差异,...
2020 - 12 - 16
作者:刘琼  上海安世亚太光学应用工程师文章首发:上海安世亚太官方订阅号(搜索:PeraShanghai)联系我们:021-58403100本文共计1609字,阅读时间预计5分钟编者按《赛博朋克 2077》作为最近大热的一款游戏,因其高还原度场景、酷炫的光影效果和未来感而令无数玩家心驰神往。那么这款游戏到底为什么比其他3D游戏画面更逼真呢?作者在文中对其进行了分析,让你更懂《赛博朋克 2077》。2020年12月10日,《赛博朋克 2077》这款波兰游戏公司CD Projekt RED打磨已久的作品,历经了数次跳票之后终于来到了玩家们的手中。即便那天是工作日,但仍未影响到游戏的热度,Steam平台上同时在线玩家数量依然庞大。作为打工人的我不禁陷入了沉思:“你们是怎么做到的?”既然领导不给假,看看游戏介绍和评论总可以吧?“ 《赛博朋克 2077》是一款彻头彻尾的 RPG 作品,相信很多玩家都会沉迷于第一人称和火光四溢的未来战斗中,这款作品也许会成为近年来最令人激动、血脉偾张、有趣的游戏作品之一。”“《赛博朋克2077》全球游戏媒体评分大致如下,IGN 9分,GameSpot 7分,Game Informer 9分。截止12月10日MetaCritic共收录43家媒体评分,均分91。”既然评论这么好,试试购买下载安装总可以吧?终于迎来了数月内第一个不用加班跑仿真的周末,瓜子零食水果都准备好了。然而当打开游戏的那一刻突然发现,游戏的画面怎么和宣传照里面的差别那么大?我的电脑配置明明已经很好了啊。不行,我要退款!冷静下来后,我开始上网搜索和我一样遭遇的小伙伴。经过一番查探,我的表情逐渐凝固,并开始意识了到问题的严重性。我的显卡好像无法支持”RTX Ray Tracing”?游戏画面为什么这么差?原因找到了!传统3D游戏的渲染一直在使用光栅化技术。该技术将3D模型转换为2D...
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