Analyse van de warmte-emissies van 18 gestapelde dieselcompressoren op het dek van een offshoreschip op de Oostzee, om de betrouwbaarheid van de installaties en het comfort van de technici te waarborgen.
EOLIOS is expert in de optimalisatie van complexe luchtstromen en in windcomfort. In het kader van een omvangrijk industrieel project werd ons gevraagd het thermisch-luchtzijdige gedrag te analyseren van een omvangrijke compressorinstallatie op het dek van een offshoreschip dat op de Oostzee vaart. De inzet was groot: de warmte-uitwisseling van 18 gestapelde dieselcompressoren simuleren om de betrouwbaarheid van de technische installaties en de veiligheid van de werkzaamheden te waarborgen.
De kern. Op het dek van een offshoreschip op de Oostzee blazen 18 dieselcompressoren van elk 224 kW lucht uit van bijna 65 °C. Ondanks een tegenwind van 6 m/s houdt de scheepsarchitectuur de warmte gevangen: de CFD-simulaties leggen recirculatie van warme lucht bloot, warmtebellen tot 47 °C in de werkzones en 30 % lekkage op de afvoeren. De door EOLIOS gevalideerde oplossing brengt die lekkage terug tot 3 % en stelt zowel de machines als de technici veilig.
EOLIOS is toonaangevend in CFD-simulatie voor uw processen. Onze onderzoeken steunen op de ervaring van meetcampagnes in werkelijke omstandigheden en op een honderdtal gesimuleerde locaties wereldwijd.
In een maritieme omgeving met hoge warmte-emissies stuiten standaard ventilatieoplossingen op hun grenzen. Met een analyse die 3D-modellering en CFD-simulatiesoftware combineert, heeft EOLIOS het werkelijke gedrag van de luchtstromen rond 18 dieselcompressoren onderzocht en concrete oplossingen voorgesteld om de afvoer van de emissies te optimaliseren, het thermische comfort te verbeteren en de betrouwbaarheid van de technische installaties in de productiezones te waarborgen.
De opdracht was opgebouwd rond vier doelstellingen:
Modelleren van het schip, zijn windschaduwen en de 18 compressoren in hun werkelijke weersomstandigheden.
Kwantificeren van de aanzuigtemperaturen van de machines en van de omgevingstemperaturen in de werkzones.
Vaststellen van de recirculatie- en stagnatiemechanismen die de oververhitting veroorzaken.
Valideren van een afvoeroplossing die de continuïteit van de dienst en de veiligheid van de technici waarborgt.
Om deze uitdaging aan te gaan hebben onze ingenieurs een volledige digital twin van het schip en zijn technische installaties ontwikkeld. De getrouwe weergave van de complexe geometrie van de constructies en van de opstelling van de apparatuur op het dek is cruciaal om de zog- en recirculatieverschijnselen.
De digital twin is de virtuele 3D-kopie van een werkelijke installatie: geometrie, warmtebronnen, luchtinlaten en -uitlaten, weersomstandigheden. Hij vormt de basis voor de CFD-simulatie om het gedrag van de installatie te beproeven in scenario's die op locatie onmogelijk te reproduceren zijn: extreme wind, vollast, ontwerpvarianten.
De modellering nam de zware weersomstandigheden van de Oostzee mee, met een aanhoudende tegenwind van 6 m/s gekoppeld aan een hoge buitentemperatuur. De grootste moeilijkheid van dit onderzoek lag in het nauwkeurig modelleren van die instabiele randvoorwaarden aan boord, waar de invallende luchtstroom een scheepsarchitectuur ontmoet die talrijke stagnatiezones en stromingsloslatingen veroorzaakt. Die zones beperken de luchtverversing rond de technische installaties. Zonder gerichte, geforceerde ventilatie worden zij warmtevallen waarin de uitgestoten warmte blijft hangen en de omgevingstemperatuur plaatselijk stijgt, ongeacht de kracht van de wind buiten.
De opeenstapeling van 18 compressoren in een beperkte ruimte vormt een kolossale warmtelast. Elke eenheid levert immers een totaal vermogen van 224 kW, wat een massale warmtestroom oplevert die continu moet worden afgevoerd om de integriteit van het systeem te bewaren. In bedrijf wordt de lucht uitgeblazen met een uittredetemperatuur van omstreeks 65 °C, een ware warmtehaard in het hart van het schip. Zonder streng beheer van de stromingen is het risico op oververhitting onmiddellijk: de simulaties toonden aan dat de aanzuigtemperaturen snel de kritieke grens van de systemen konden bereiken, met gevaar voor de machines en voor de continuïteit van de dienst.
Van recirculatie is sprake wanneer een deel van de warme lucht die een machine uitblaast opnieuw wordt aangezogen, door haarzelf of door een naburige eenheid, in plaats van te worden afgevoerd. De aanzuigtemperatuur stijgt dan boven de buitentemperatuur, wat het rendement verlaagt en de installatie in veiligheidsstand kan brengen.
Onze ingenieurs stelden twee afzonderlijke fysische verschijnselen vast die de prestaties verslechteren:
Directe recirculatie (korte lussen): de warme lucht uit bepaalde compressoren werd onmiddellijk opnieuw aangezogen door de luchtinlaten van de naburige eenheden.
Indirecte recirculatie (opwarming van de omgeving): de stilstaande warmte rond de constructie zorgde voor een algemene temperatuurstijging van de omringende lucht, waardoor de verse lucht al vóór de aanzuiging door de systemen was 'vervuild'.
Deze recirculatieverschijnselen komen rechtstreeks voort uit een bouwkundige insluiting waarbij de compacte opstelling van de compressoren, samen met massieve bouwkundige obstakels, de lucht op het dek opsluit. Die configuratie belemmert de doorstroming en verhindert dat de natuurlijke convectie haar rol als thermische regelaar speelt, wat stagnatiezones oplevert waarin de warmte zich ophoopt zonder te kunnen ontsnappen. Zonder doeltreffende spoeling met verse lucht gaat de scheepsarchitectuur uiteindelijk als een val werken, die de heraanzuiging van de warme lucht afdwingt en zo de totale prestaties van de installatie verslechtert.
De comfort van de technici en van het onderhoudspersoneel was voor de klant eveneens cruciaal, naast de vraagstukken rond de thermische prestaties van de apparatuur. Werkzaamheden op het dek vragen immers om omgevingscondities die verenigbaar zijn met soms langdurig onderhoud, vlak naast de warmtebronnen.
De stromingsfysica laat zien dat zonder geoptimaliseerde oplossing de stilstaande warmte 'warmtebellen' vormt die tot 47 °C kunnen oplopen, waardoor werken op het dek uiterst zwaar en zelfs gevaarlijk wordt. Die warmteophopingen ontstaan vooral in zones met weinig luchtmenging, waar de warme pluimen van de apparatuur zich neigen te concentreren zonder goed te worden afgevoerd.
Een kwestie van arbeidsveiligheid. Bij 47 °C kan het lichaam zijn eigen warmte niet meer kwijt: transpireren werkt niet langer, de hartslag loopt op en binnen enkele tientallen minuten dreigt een hitteberoerte. Langdurig onderhoudswerk in zo'n warmtebel is niet alleen oncomfortabel, het is gevaarlijk.
Het onderzoek richtte zich op het beheer van de uitblaasstromen om de warme lucht weg te leiden van de gevoelige zones. Onze eerste analyses brachten een grote technische uitdaging aan het licht: 30 % lekkage van warme lucht ter hoogte van de verbindingen van de afvoersystemen, wat een deel van de winst tenietdeed en een plaatselijke oververhitting.
De technische expertise ging naar de ontwikkeling van een volkomen luchtdichte verbinding tussen de compressoren en de afvoerkanalen. Die uitvoering is onmisbaar om de uitgeblazen lucht van 65 °C te geleiden en de restdruk van de machines om te zetten in een uitblaassnelheid die de zogzones van de constructie kan doorbreken. De overgang naar een dicht systeem vraagt echter om beheersing van het drukverliezen dat ontstaat door de complexe geometrie en de bochten van de kanalen, die als weerstanden werken. De inzet is dan kritiek: overschrijdt dat drukverlies de beschikbare statische druk bij de uitblaas, dan stort het luchtdebiet in, met inwendige oververhitting van de apparatuur.
Drukverlies is de drukval die een fluïdum ondergaat bij het doorlopen van een net: wrijving langs de wanden, bochten, vernauwingen, verbindingen. Hoe grilliger het net, hoe hoger de weerstand; overschrijdt die de beschikbare druk, dan zakt het debiet in en is de warmteafvoer niet langer verzekerd.
Dankzij de CFD-simulatiesoftware heeft EOLIOS een ontwerp gevalideerd dat de lekkage van 30 % tot slechts 3 % terugbrengt, zodat alle pneumatische energie naar de afvoer gaat en de weerstand van het net compenseert. Die prestatiewinst zorgt ervoor dat de verse lucht rond de installaties overheerst en maakt van een risicovolle configuratie een veilige en thermisch beheerste werkomgeving.
Dit onderzoek illustreert hoe belangrijk de bijdrage van numerieke modellering is in de ontwerp- of renovatiefase. Door de thermische risico's ruim vóór de werkelijke installatie bloot te leggen, kon de klant zijn ontwerp bijsturen en een maximale doeltreffendheid onder de zwaarste omstandigheden waarborgen.
Werkt u aan een project waarin het beheer van de warmtestromen en het comfort van de operators doorslaggevend zijn? Doe een beroep op onze CFD-expertise om uw keuzes te onderbouwen en uw werkzaamheden al in de studiefase te optimaliseren.
Expertise: het CFD-onderzoek van noodstroomaggregatenRecirculatie van warme lucht, koeling op zee en de bijdrage van CFD-simulatie.
De compacte opstelling van de eenheden en de bouwkundige obstakels van het schip creëren zogzones waarin de lucht stilstaat. De lucht die met bijna 65 °C wordt uitgeblazen, wordt dan ofwel onmiddellijk opnieuw aangezogen door de luchtinlaten van de naburige eenheden (korte lus), ofwel warmt zij de algemene omgeving op vóór de aanzuiging (indirecte recirculatie), wat de prestaties van het geheel verslechtert.
Nee. Zelfs bij een aanhoudende tegenwind van 6 m/s veroorzaakt de scheepsarchitectuur stagnatiezones en stromingsloslatingen die de luchtverversing rond de installaties beperken. Zonder gerichte ventilatie worden die zones warmtevallen waarin de warmte zich ophoopt, ongeacht de kracht van de wind buiten.
Een klassieke berekening redeneert in globale balansen en ziet de lokale verschijnselen niet: recirculatie, zog, warmtebellen. CFD lost het snelheids- en temperatuurveld in elk punt van het domein op en legt die onzichtbare mechanismen bloot, zodat ontwerpvarianten kunnen worden beproefd nog vóór er iets wordt geïnstalleerd.
Door een volkomen luchtdichte verbinding tussen de compressoren en de afvoerkanalen te ontwikkelen, gevalideerd met simulatie. De restdruk van de machines wordt omgezet in een uitblaassnelheid die de zogzones doorbreekt, terwijl het drukverlies van het net beheerst blijft zodat het debiet niet inzakt.
Ja. Dezelfde methodiek (digital twin, werkelijke weersomstandigheden, analyse van de recirculatie) geldt voor noodstroomaggregaten, machinekamers, offshoreplatforms en elk proces dat warmte afgeeft in een besloten of half open ruimte.
Verken onze expertise, projecten en technische dossiers om verder te komen dan deze vragenlijst.
Dit thermisch-luchtzijdige onderzoek betreft de analyse van de luchtstromen en warmte-emissies van elk 18 dieselcompressoren op het dek van een offshoreschip op de Oostzee. Dankzij een 3D-modellering met hoge getrouwheid en geavanceerde CFD-simulaties hebben de ingenieurs kritieke verschijnselen van recirculatie van warme lucht en thermische stagnatie vastgesteld, die tot gevaarlijke temperaturen voor de apparatuur en de technici kunnen leiden. Het onderzoek maakte het mogelijk een geoptimaliseerde oplossing voor insluiting en afvoer van de stromen te ontwerpen, die de lekkage van warme lucht sterk vermindert en zowel de betrouwbaarheid van de technische installaties, de thermische comfort van de operatoren en de algemene veiligheid van het systeem onder zware klimaatomstandigheden verbetert.
Buiten het maritieme geval is de aanpak overdraagbaar naar elke installatie die warmte afgeeft in een beperkte ruimte: noodstroomaggregaten, machinekamers, technische daken, industriële platforms. Om verder te lezen:
CFD-vakgebieden, opgeleverde projecten en technische dossiers: het hele domein Industriële processen, op één plek verzameld.
Het eenvoudigst is om er samen over te praten. Onze ingenieurs antwoorden met een eerste technische analyse.
