Numeerinen virtaustutkimus ilmakuivainten suuttimien lämmönsiirrosta

Abstract

Diplomityössä tutkitaan, kuinka hyvin numeerinen virtauslaskenta (CFD) soveltuu ilmakuivainten puhallussuuttimien tutkimiseen, ja kuinka reikägeometria, massavirta, puhallusnopeus ja ratanopeus vaikuttavat niiden lämmönsiirtoon.

Tutkimusmetodeina käytetään alan kirjallisuudesta löytyviä teorioita ja numeerista virtauslaskentaa. Numeerisia tuloksia verrataan analyyttisiin ratkaisuihin ja aiemmin toteutettuihin kokeellisiin tutkimustuloksiin.

Numeerisen ratkaisun tuloksista voidaan todeta, että menetelmä soveltuu puhallussuutinten lämmönsiirron ja virtausten tutkimiseen, sillä ne vastasivat analyyttisen ratkaisun ja kokeellisen menetelmän tuloksia riittävällä tarkkuudella. Numeerista laskentaa voidaan pitää luotettavana. Tutkimus kokeellisin menetelmin vie paljon aikaa, sillä ensin täytyy määritellä geometria, jonka perusteella suunnitellaan ja valmistetaan koesuutin, jota tutkitaan koelaitteistolla. Numeerinen virtauslaskenta mahdollistaa saman geometrian tuomisen virtauslaskentaohjelmaan, jossa voidaan asettaa tämän tutkimuksen perusteella malliparametrit, niin laskentahilassa kuin ratkaisijaohjelmassa, ja saada vertailukelpoisia tuloksia lyhyessä ajassa. Uuden geometrian perusteella luotu uusi laskentahila voidaan korvata ohjelmassa nopeasti säilyttäen aikaisemmat laskenta-asetukset. Diplomityössä käytetty laskentarutiini mahdollistaa uusien ja käytössä olevien suutinratkaisujen nopean tutkimisen ja optimoinnin. Tutkimuksen merkittävin tulos on se, että ratanopeus vaikuttaa puhallussuuttimien lämmönsiirtoon oletettua vähemmän.

The thesis studies how suitable computational flow dynamics calculation (CFD) is for studying the blowing nozzles of air dryers, and how the effects of hole geometry, mass flow, blowing velocity and web speed are reflected in their heat transfer.

The research methods in use are literature review of the subject and numerical flow calculation, and the results of numerical calculations are compared with analytical solutions found in literature and the results of a previous experimental research.

From the results of the numerical solution, it can be concluded that the method is suitable for studying the heat transfer and fluid flows of blowing nozzles, because the results are in par with results of the analytical solution and the experimental method with sufficient accuracy. Also, the results are reliable when comparing them mutually. Research using experimental methods is more time consuming than computational flow dynamics calculations because the geometry must be defined first, based on which the test nozzle is manufactured, which then must be studied separately in an experimental research apparatus. Numerical flow calculation enables the same geometry to be imported into the flow calculation software, where model parameters can be set based on this research, both in the computational mesh, and in the solver program and obtain comparable results in a relatively short time. A new computational mesh created based on the new geometry can be quickly replaced in the program, keeping the previous calculation settings. The calculation routine used in the thesis enables fast study and optimization of new and existing nozzles. The most significant result of the study is that the web speed has lower impact on the heat transfer coefficient than previously assumed.