CFD-onderzoek van de stromingseffecten in een glasfabriek.

Opbouw van de digital twin

Voor dit onderzoek is de volledige site van Veauche met 3D-software nagebouwd. De 3D-reproductie van de site levert een digital twin. Om het CFD-onderzoek juist te maken, geeft zij getrouw het geheel van de luchtvolumes, de architectuur van het gebouw en ook de ovens en de IS-machines weer.

Bovendien nemen de resultaten talrijke fysische fenomenen mee, zoals de stralingstemperaturen van de wanden, het schoorsteeneffect uit de fabricageprocessen, de winddruk, de plaats en de kenmerken van de weerstanden tegen de luchtstroming, en ook de aanwezigheid van mechanische systemen die lucht in beweging brengen.

De opbouw van een zeer gedetailleerde digital twin maakt het ons mogelijk berekeningen met een grote nauwkeurigheid uit te voeren en zo snel mogelijke thermische problemen aan te wijzen. Door die resultaten in een globaal of plaatselijk perspectief te analyseren, kunnen wij eventuele problemen voorzien en innovatieve oplossingen uitwerken die op de verschillende vastgestelde complicaties zijn afgestemd.

Beschrijving van de IS-machines

De IS-machines zijn machines voor het vormen van glas. Aan het begin wordt de machine met glas gevoed uit het voorbekken, via een verdeelkanaal dat feeder wordt genoemd. De rol van de feeder is het glas naar de verdeler te brengen op de temperatuur die de vormmachine vraagt, en daarbij de gelijkmatigheid van de temperatuur te waarborgen in de hele doorsnede van het glas.

Gezien de zeer hoge temperaturen die in die machines in het spel zijn, vormen zij een essentieel punt van het onderzoek, net als de ovens. EOLIOS stelt voor de thermische en stromingsstromen te onderzoeken rond die machines, gelet op de natuurlijke ventilatie via stromingsschachten en op de warmteafgifte van het glas. Omdat die machines in contact staan met de operatoren, is waakzaamheid geboden inzake de naleving van de arbeidsomstandigheden van die operatoren.

Belangrijkste verkregen resultaten

Bij de CFD-simulaties heeft het team van EOLIOS zich gericht op de natuurlijke ventilatie van de glasfabriek en ook op de temperaturen binnen de fabriek. In eerste instantie kon EOLIOS vaststellen dat de dakopbouw overhit was, met temperaturen in de orde van 50 °C. Het is dus nodig dat die beschikt over lamellenroosters in het hoge deel om de stagnatie van de warme lucht te beperken.

Die analyse maakte het ook mogelijk de belangrijkste motor van de luchtverplaatsingen in het volume van het gebouw aan het licht te brengen. De warmteproductie door het proces ter hoogte van de oven en de IS-machines verwarmt immers de luchtmassa's, die dan door het schoorsteeneffect in beweging worden gebracht (schoorsteenwerking) en door de procesventilatie.

Vervolgens behandelde het onderzoek het geval van de thermische en stromingsstromen van de IS-machines. In de huidige configuratie van het gebouw, bij afwezigheid van natuurlijke openingen, lijkt dat niet optimaal. Er is ook een onderzoek van de verspreiding van verontreiniging uitgevoerd om te controleren of de afzuiging van de smeerrook van de IS-machines correct gebeurt; die is beoordeeld als conform de veiligheidsnormen.

De voordelen van de CFD-simulatie voor glasfabrieken

De numerieke simulatie biedt nieuwe perspectieven voor ontwerpbureaus. Zij maakt het mogelijk een groot aantal scenario's te voorzien en bijgevolg alle onvoorziene gevolgen van een gebrekkig ontwerp te beheersen. In het geval van glasfabrieken maakt de multifysische modellering het mogelijk het geheel van de fenomenen die aan de oorsprong van de thermische en stromingsstromen liggen mee te nemen.

Dankzij haar rekenservers kunnen de modellen van EOLIOS integraal worden gesimuleerd met een grote nauwkeurigheid en in korte tijd. Daarnaast maakt de ervaring van EOLIOS in de algemene luchtstroming het ons team mogelijk innovatieve en relevante oplossingen voor te stellen bij problemen van overhitting. CFD-simulaties in uw ontwerpproces opnemen betekent een beroep doen op experts in stromingsleer, thermiek en numerieke simulatie om zich ervan te verzekeren dat er in de toekomst geen enkel probleem opduikt.

Videosamenvatting van de studie

Onze CFD-ingenieursonderzoeken maakten het mogelijk de warmte- en luchtoverdracht te simuleren die zich in de omgeving van de glasfabriek voordoet. Daaronder valt de beoordeling van de temperaturen en de luchtsnelheden in de verschillende zones van de glasfabriek, en ook van de drukken, het verontreinigingsniveau en de CO₂-gehalte. De CFD-simulaties zijn ook gebruikt om de luchtkwaliteit binnen de glasfabriek te beoordelen en om de niveaus van verontreinigingen binnen en buiten te schatten. Dat helpt te bepalen of het ventilatiesysteem doeltreffend genoeg is om aanvaardbare niveaus van verontreinigingen.

Uiteindelijk kon EOLIOS het ontwerp van de opengaande delen voor natuurlijke ventilatie in het kader van de uitbreiding en de renovatie van de fabriek uitvoeren.