Kartonkikonesalin CFD-simulointi

Abstract

Kartonkikoneen ilmanvaihto on vaativa prosessi. Energiankulutus on merkittävää, mutta muun prosessin lämmöntalteenotto vähentää kulutusta. Ilmanjako kartonkikonesaliin on tärkeää, ja CFD–simuloinnilla (Computational Fluid Dynamics, virtauslaskenta) tätä voitaisiin optimoida. Tässä työssä käytettiin Autodeskin CFD 2017 –ohjelmaa, joka sisälsi geometrian mallintamiseen työkalun Autodesk Simstudio Tools 2016 R2.

Työn tarkoituksena oli tarkastella CFD-simuloinnilla kartonkikonesalin olosuhteita. Työssä käydään ensin lyhyesti läpi paperin ja kartonkin valmistusprosessi, mitä prosessitilan ilmanvaihtoon liittyy ja miten se toteutetaan. Näin halutaan antaa perusteet prosessista lukijalle, joka ei aikaisemmin ole tutustunut paperin ja kartonkin valmistusprosessiin. CFD–simuloinnin vaiheet käydään yksinkertaistettuna läpi, koska siihen liittyvä teoria on todella monimutkaista.

CFD–simuloinnit aloitettiin testaamalla, toimiiko geometria halutulla tavalla. Kartonkikonesalin pohjakuvat olivat tiedossa, samoin salille laskettu kokonaistase. Näiden avulla rakennettiin geometrinen malli, joka simuloitiin CFD–ohjelmalla. Reunaehdot simulaatioille saatiin kokonaistaseesta. Simulaatioiden edetessä päädyttiin tekemään kolme erilaista skenaariota: normaalitilanne, tuloilman lämpötilan muuttaminen 20 °C:seen ja tuloilmalaitteiden paikkojen siirtäminen. Tärkein näistä simulaatioista saatu tulos on tuloilmanopeuden vaikutus kartonkikonesalin lämpötiloihin, varsinkin oleskeluvyöhykkeellä.

CFD–simuloinnissa geometrian onnistunut mallintaminen, laskentahilan rakentaminen ja reunaehtojen määrittäminen vaikuttavat oleellisesti simulaatioiden onnistumiseen. Näihin taas auttaa virtausopin teorian tunteminen ja käytännön kokemus.

Saatuja tuloksia ei päästy todentamaan mittauksilla, joten simulaatiot ovat puhtaasti teoreettisia.

The purpose of this final year project was to study the conditions of a cardboard machine hall with the help of CFD simulation (Computational Fluid Dynamics). The aim was to establish whether it is possible to optimize the air conditioning of the hall, a demanding process since the air distribution of the hall is important. The software that was used in this project was Autodesk CFD 2017 with the geometric modeling tool Autodesk Simstudio Tools 2016 R2. To ensure successful geometric modelling, mesh and boundary conditions, knowledge of fluid dynamics theory and practical experience was employed.

The first CFD simulations were carried out to finalize the geometrical design chosen for the programme. The final three simulations consisted of three different scenarios. The most important result achieved was the effect of the supply air unit air speed on the temperatures in the area occupied by workers.

The validation of results was not possible, so the simulations are purely theoretical.