Optimierung der Mischkammer einer Stahlwerksentstaubung

Abstract

In der vorliegende Masterthesis wird die Entwicklung eines CFD-Modells zur Berechnung des Strömungsfeldes in der Mischkammer einer Stahlwerksentstaubungsanlage dokumentiert. Die Modellierung und Berechnung wird hierbei mit dem Open Source Tool OpenFOAM absolviert. Angefangen mit der Aufnahme des Istzustandes der Anlage, inklusive der Durchführung von Messkampagnen, wird systematisch das Berechnungsmodell aufgebaut. Neben der Netzerstellung mit dem Tool snappyHexMesh wird auf spezielle Probleme bei der Implementierung in OpenFOAM eingegangen. Das Resultat ist die Simulation des Istzustandes und die Validierung der Ergebnisse mit vorhandenen Messwerten an den Outlets. Es kann eine relative Übereinstimmung zu den vorhandenen Temperatur - Messdaten von bis zu 98 % je Outlet erreicht werden. Begründet in der komplexen Geometrie werden verschiedene Varianten hinsichtlich Geometrieapproximation und Randbedingungen aufgeführt. Die Ausbreitung des Strömungsfeldes in der Mischkammer kann nicht an der realen Anlage beobachtet werden, weshalb ein direkter Vergleich zur Simulation offen bleibt. Auf Basis der Simulation des Istzustandes werden im Anschluss verschiedene Ansätze zur Optimierung der Temperaturverteilung an den Outlets der Mischkammer untersucht. Resultierend werden Tendenzen aufgezeigt, welche Maßnahmen zusätzliche Mischeffekte zur Folge haben könnten.

This Masterthesis documents the development of a CFD-model for calculating the flowfield in the mixing chamber of a steelplant dedusting system. In this case the open source tool OpenFOAM is used as well for the modelling as for the calculation. After the documentation of the current condition including measurements, the simulation model ist build up scientifically. In addition to the discretization with the tool snappyHexMesh this thesis shows the special challenges using OpenFOAM. The result of this investigation is the simulation of the current condition and the validation with the measured values at the outlets. The relative correlation of the simulated and measured temperature values at the outlets can be estimated up to 98 %. Dealing with the complex geometry this paper shows different versions of the geometry approximation and the boundary conditions. The direct validation is not possible because there is still no way to visualize the real flowfield in the mixing chamber. Based on the simulation of the current condition the last chapter brings up some basic approaches to optimize the temperature dispersion at the outlets of the mixing chamber. Which devices could implicate the best additional mixing effects is shown as the final result.