CFD-Simulation von Industrieöfen

Für Neubau oder Optimierung Ihrer Ofenanlage

Technisch ausgefeilte Ofenlösungen mit Hilfe von CFD-Simulationen - wir bieten Ihnen modellgestützte Prozess- und Konstruktionsoptimierung für leistungsstarke Produkte.

Das bietet mehrere Vorteile:

• Sie erreichen den optimalen Betriebszustand Ihres Thermoprozesses
• Funktionstest von innovativen Ideen für Ihren Produktionsofen
• Entwicklung und Darstellung Ihrer maßgeschneiderten Produktionsanlage von ONEJOON

Über Jahre hinweg haben computergestützte Berechnungsmethoden eine zunehmend wichtigere Bedeutung erlangt. ONEJOON integriert neueste Methoden der Strömungssimulation in das umfassende technische und praktische Firmen-Knowhow. Dank CFD-Simulation entwickeln wir sehr effiziente, realistische und gesicherte thermische Prozesse sowie ein optimales Ofendesign.

Auf Basis unserer fundierten Expertise im Bereich CFD-Strömungssimulation liefern wir Ihnen maßgeschneiderte Ofenlösungen für Ihre Herausforderungen. Lassen Sie uns das gesamte Potenzial Ihres Prozesses ausschöpfen!

Vorteile der CFD-Simulation mit ONEJOON

Abgesicherte und in der Praxis vielfach validierte Simulationsmodelle

Um unserem hohen Anspruch gerecht zu werden, durchlaufen die ONEJOON-Ingenieure immer wieder den folgenden iterativen Prozess:

• Zunächst erstellen wir in Abstimmung mit der Konstruktion ein Simulationsmodell und geben Randbedingungen vor.
• Das Modell wird mit einem passenden Rechengitter vernetzt und geprüft.
• Die Ergebnisse werden auf Plausibilität und Konvergenz kontrolliert.
• Dann werden die Ergebnisse der Simulation mit der Realität abgeglichen.
  Dazu nutzen wir unsere Versuchsanlagen und Versuchsaufbauten in unserem ONEJOON-Testcenter in Bovenden mit neuester Messtechnik. Bei Bedarf greifen wir auch auf unkonventionelle Versuchsaufbauten zurück.

Wir verbessern wir fortwährend unsere Algorithmen, Randbedingungen und Modelle.

Produktentwicklung von Ofenanlagen

CFD-Simulation bei Neugestaltung und Optimierung von Industrieöfen

Grundsätzlich kann die Simulation sowohl bei der Neugestaltung von Produkten und Prozessen als auch für die Optimierung und Weiterentwicklung von Bestandsanlagen eingesetzt werden.

Der Weg zum neuen Produkt

Für die Neuentwicklung einer Produktidee ist zunächst die Produktspezifikation entscheidend. So können bereits im Vorfeld mögliche Prozessvarianten eingegrenzt werden. In Zusammenarbeit mit verschiedenen Fachleuten aus den zuständigen Kompetenzbereichen werden in einem ersten Schritt Designstudien definiert, mit deren Hilfe die Simulation erste Erkenntnisse über den späteren Prozessablauf aufzeigen kann. Handelt es sich um ein komplexes System mit schwer zugänglichen Rahmenbedingungen, besteht die Möglichkeit, im firmeneigenen Test Center Versuchsaufbauten zu entwickeln. Auf diese Weise können wir die Prozessabläufe genauer verstehen und Modellparameter für die Simulation ableiten. Oftmals werden auch bereits validierte Modelle herangezogen, die eine direkte Übertragung von der Designstudie auf das finale Produktdesign erlauben.

Optimierung von bestehenden Ofenanlagen mit CFD-Simulationen

Soll der Prozess eines bereits bestehenden Produkts verändert oder optimiert werden, so wird zunächst festgelegt, welche Größen optimiert werden sollen. Die Qualität der Produktoptimierung hängt stark davon ab, wie exakt der Status Quo nachgebildet und die zu optimierenden Größen erfasst werden können. Ist die Nachbildung erfolgreich, kann im nächsten Schritt mit Hilfe der CFD-Simulation eine virtuelle Optimierung durchgeführt werden. Zeigen die Ergebnisse der Optimierung die angestrebten Verbesserungen, können die notwendigen technischen Modifikationen umgesetzt und realisiert werden.

Maßgeschneiderte und optimierte Industrieöfen

Portfolio

• detaillierte Vorhersage von Strömungsfeldern in Industrieöfen oder Rohrleitungssystemen/Armaturen
• validierte Druckverlustberechnungen im Gesamtsystem
• fundierte fluidmechanische und thermische Bewertung von innovativen Prozessideen oder Bestandsanlagen
• gezielte Strömungsoptimierung für bestmöglichen Wärmeübergang auf das Produkt
• präzise, lokale Detektion von strömungs- oder temperaturkritischen Ofenbereichen
• realistische Modellierung chemischer Reaktionen im Ofenraum

Kompetenz

• 40 Jahre Know-how im Industrieofenbau
• konsequente Einbindung der langjährigen ONEJOON-Experten vielseitiger Praxiserfahrung
• ständige Weiterentwicklung der Simulationsmodelle durch Abgleich der CFD-Ergebnisse im firmeneigenen Test Center mit neuester Messtechnik
• Validierung der Simulationsergebnisse durch Praxismessungen im Feld
• herausragende Referenzen erfolgreicher Performancesteigerungen auf Basis der durchgeführten CFD-Simulationen

Vorteile

• Steigerung der Effizienz:
  • Einsatz passgenauer Ofentechnik für den jeweiligen Anwendungsfall
  • Optimierung von Medienverbräuchen
  • Vermeidung kostspieliger und komplexer Vorversuche
  • schnelle und sichere Designfestlegung bei Neuentwicklungen
  • schnelle Problemanalyse und spezifische Lösungsfindung
  • konstante Produktqualität
  • Maximierung des Produktdurchsatzes

• Besseres Prozessverständnis:
  • höhere Anlagenverfügbarkeit
  • höhere Prozesskontrolle
  • Verbesserung der Produktqualität

Die Schroffkühlung wird bei Produkten eingesetzt, bei denen die Abkühlrate einen entscheidenden Einfluss auf die spätere Gefügestruktur und somit auf die Produkteigenschaften hat. Um eine schnelle und effiziente Abkühlung erreichen zu können, sind entsprechend hohe Gasgeschwindigkeiten und Prallströmungen notwendig. Video 1 zeigt die Strömungslinien des Schroffkühlungsprozesses bei einer Bestandsanlage. Teile des Kühlmediums strömen am Produkt vorbei und erzeugen somit keine Kühlwirkung. Durch konstruktive Anpassungen konnte dieser Zustand verbessert werden. Die durchgeführten Geschwindigkeitsmessungen oberhalb des Produkts zeigen eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den Simulationsergebnissen und den Messreihen.

Video: Strömungslinien bei der Schroffkühlung

Modellierung des Wärmeübergangs in einem Drehrohrprozess

Drehrohrprozesse ermöglichen eine homogene, thermische Behandlung von fließfähigen Produkten. Um die einzelnen Mechanismen im Drehrohr zu verstehen und gezielt nutzen zu können, müssen mathematische Modelle herangezogen werden. Der Wärmeübergang auf das Schüttgut erfolgt dabei über Wandkontakt, Konvektion und Strahlung. Der interne Wärmeübergang im Schüttgut wird zusätzlich von den physikalischen Eigenschaften und Prozessparametern wie Drehzahl oder Füllwinkel beeinflusst.

Durch die Implementierung aktueller wissenschaftlicher Berechnungsmodelle können realistische Aussagen über Verweilzeiten und Temperaturverteilungen getroffen werden, was wiederum zu einer hohen Produktqualität führt.

Wie vom Modell vorhergesagt, bewirkt die Steigerung der Drehzahl einen positiven Effekt auf den Wärmeübergang auf das Schüttgut. Für das hier untersuchte Stoffsystem ergibt sich eine hohe Korrelation zwischen Simulation und Messung. Somit kann unter Einbeziehung der Simulation der optimale Drehrohrprozess für die jeweiligen Kundenanforderungen ausgewählt und optimiert werden.

Strömungsverteilung im Hubbodenofen

In einem Hubbodenofen zur Herstellung von keramischen Sinterteilen wurden deutliche Ungleichmäßigkeiten in der Wärmeverteilung festgestellt. Mit Hilfe von Simulationen wurde zunächst der Ist-Zustand des Ofens nachgebildet und eine Strömungsberechnung anhand der vorgegebenen Prozessparameter durchgeführt. Durch die Strömungslinien war ersichtlich, dass große Teile des Produkts nur unzureichend umströmt wurden und somit die Wärme der zugeführten Frischluft nur sehr langsam aufnehmen können (siehe Bilder). Durch die Simulation eines Szenarios mit modifiziertem Produktbesatz konnte die Strömung so beeinflusst werden, dass eine deutlich effizientere Produkterwärmung möglich war.

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