آنالیز حرارتی حرارت تاول زدن را اندازه گیری می کند

اگر یک بوقلمون را برای شام کباب می کنید و باید دما را بررسی کنید، فناوری برای یافتن آن وجود دارد. اما چه اتفاقی می‌افتد اگر دما آنقدر داغ باشد که یک دماسنج مخصوص مصرف‌کننده یا هر وسیله ساخته‌شده توسط انسان، واقعاً فورا ذوب شود و از بین برود؟ این ممکن است یک اتفاق رایج در آشپزخانه شما نباشد، اما در کوره‌های بلند که دمای آن به 1500 درجه سانتی‌گراد می‌رسد، یک نگرانی واقعی است. به سادگی حدس زدن به دور از خطر است. خوشبختانه، با شبیه‌سازی COMSOL Multiphysics همراه با ماژول انتقال حرارت، می‌توانید زمانی که ابزار اندازه‌گیری کوتاه می‌آیند، دما را به دقت تعیین کنید.

حاوی فلز مذاب در کوره بلند

کوره بلند برای تولید فلزات صنعتی با ترکیبات، شکل ها و درجه خلوص مختلف استفاده می شود. فلزات در حالت مذاب که در دمای بسیار بالا به دست می‌آیند پردازش می‌شوند. این امر حفظ ایمنی کارگران و تجهیزات تولید را بسیار مهم می کند. هنگامی که فلز مذاب برای اولین بار از یک کوره خارج می شود و از طریق لوله ای عبور می کند که سرباره جدا می شود، می تواند پاشیده شود و باعث توقف تولید شود و حتی به تجهیزات آسیب برساند و به اپراتورها آسیب برساند.

خروج فلز مذاب از کوره بلند
فلز مذاب از کوره بلند (سمت چپ) خارج می شود و از طریق رانر حرکت می کند، جایی که سرباره از چدن جدا می شود (سمت راست).

یک مانع قوی و قابل اعتماد برای مهار پاشش و ایجاد محافظت لازم است. همانطور که در صفحه 20 اخبار COMSOL 2013 مطالعه می کنید، شرکتی به نام Terres Réfractaires du Boulonnais (TRB)، بخشی از Groupe CB ، از یک پوشش بتنی ضخیم برای مهار فلز مذاب هنگام خروج از کوره بلند استفاده می کند. این آستر در معرض اثرات زیادی مانند شوک حرارتی، خوردگی و فرسایش است. یک رانر معمولی سقف فقط یک ماه دوام می آورد قبل از اینکه نیاز به روکش کردن داشته باشد. یک کوره بلند می تواند دو، سه یا حتی چهار شیر داشته باشد، و در TRB صدها کوره بلند وجود دارد – بنابراین شیرهای بسیار زیاد. این کار مستلزم رسیدگی به مواد سنگین زیادی است، بنابراین TRB می خواهد از مهندسی بیش از حد آنها اجتناب کند و طرحی را بیابد که تا حد امکان سبک، قوی، ایمن و مقرون به صرفه باشد.

در گذشته، TRB از روش های آزمون و خطا برای دستیابی به بهترین نوع بتن برای آسترها و تعیین ضخامت ایده آل استفاده می کرد. اگر یک آستر خیلی سریع آسیب می دید، آنها فقط به آزمایش ترکیبات جدید ادامه می دادند. آنها تمام این آزمایش ها را بدون اینکه بدانند دما در دونده سقف چقدر است انجام دادند. آن‌ها نمی‌توانستند حسگرهای گران‌قیمت را داخل آن قرار دهند زیرا گرمای شدید و پاشیدن فلز مذاب آنها را از بین می‌برد.

رانر سقف، ترموگرام و عکس
ترموگرام داخل یک رانر سقف (بالا) و یک عکس استاندارد از یک زاویه (پایین). این اساساً تنها راهی است که TRB می تواند ویژگی های دمایی فرآیند خود را اندازه گیری کند و برای تأیید مدل استفاده شد.

آنالیز حرارتی با استفاده از ماژول انتقال حرارت

TRB به COMSOL Multiphysics و Heat Transfer Module روی آورد تا دما را در رانرهای سقف محاسبه کند و طراحی آنها را بهینه کند. رانرهای سقف از دو نوع مختلف بتن ساخته شده اند. یکی در تماس مستقیم با فلز مذاب است و باید در برابر سیال سوخته، خوردگی و شوک های حرارتی مقاومت کند. بتن نوع دوم هرگز با فلز مذاب تماس پیدا نمی کند و به عنوان یک قاب مکانیکی برای روکش سقف عمل می کند. TRB یک تجزیه و تحلیل حرارتی کامل انجام داد که در آن آنها به دقت مفروضات خود را تأیید کردند تا یک مدل دقیق از کوره بلند خود را تنظیم کنند. جزئیات تجزیه و تحلیل در نسخه کامل داستان موجود در COMSOL News ارائه شده است.

تجزیه و تحلیل حرارتی دونده سقف
شبیه سازی نشان می دهد که در طول اولین ضربه، هوا تقریباً در زیر سقف ثابت می شود.

TRB می خواست عملکرد واقعی کوره بلند را در هر نقطه از فرآیند تقلید کند. آنها پیش گرمایش را شبیه سازی کردند، اولین باری که فلز مذاب ضربه زده می شود و از طریق رانر فرستاده می شود، و حتی یک هفته کامل مکث و ضربه زدن برای اینکه ببینند پوسته چدن بیرونی دونده سقف در نهایت به چه دمایی می رسد.

قبل از اینکه به تحلیل حرارتی روی بیاورند، TRB واقعاً فقط می توانست حدس بزند که کوره بلند چقدر داغ می شود. به لطف COMSOL Multiphysics، آنها توانستند به یک محاسبه دقیق در 10 درجه برسند.

تا زمانی که TRB با COMSOL Multiphysics کار نکند، رانرهای بتنی آنها بسیار ضخیم بودند. با تجزیه و تحلیل حرارتی متوجه شدند که آنها را بیش از حد مهندسی کرده اند و می توانند ضخامت بتن را کاهش دهند. علاوه بر کاهش هزینه مواد خام در رانرهای سقفی آینده با نازک کردن لاینر، اگر آسترها سبک تر باشند، مانور دادن آنها نیز آسان تر خواهد بود و این امر نرخ تولید و ایمنی را بهبود می بخشد.