Case - Flerfase simulering af dekontamineringsproces

Dette casestudie viser hvordan Aerotak har brugt flerfase simuleringer til at evaluere en ultrasonisk dampdekontamineringsproces af kyllinger. Resultaterne af flerfase simuleringerne var en optimering af overfladetemperaturen på kyllingerne.

Formål

Formålet med flerfase simuleringen er at forbedre kyllingernes dekontamineringsproces med det mål at optimere dampens udbredelse og kyllingernes overfladetemperaturer som følge heraf, gennem CFD. Resultaterne skal være sammenlignelige med tilgængelig og relevant eksperimentel data og muliggøre visualisering og kvantitativ dataevaluering.

Simuleringsopsætning

Dekontamineringsprocessen med damp er vist ovenfor. Kyllingerne trækkes igennem processen fra venstre til højre af et rullebånd, hvorfra kyllingerne hænger. Inden for dekontamineringszonerne sprayes kyllingerne med varm vanddamp, der leveres af ultrasoniske dyser. Vanddampen og luften løber ud igennem fire hulplader og ledes ind i de vertikale udløbsskakter på hver side af spraykammeret.

Et implicit andenordens skema anvendes til at diskretere den tidslige skala og gøre det muligt at opfange transiente strømningsstrukturer i simuleringen. En k-epsilon tolags turbulensmodel anvendes for at sikre en stabil konvergens af løsningen. Derudover anvendes en række simuleringsteknikker for at kunne simulere bevægelsen af kyllinger gennem de flerfasede, termodynamiske forhold:

• Kyllingernes bevægelse – MRF (translaterende koordinatsystem) og påtrykte hastigheder på overfladen af kyllingerne.

• Blanding af damp og luft – Flerfaset Euler strømning med en luftfase og en dampfase.

• Hulplader – Modelleret som porøse zoner med et tryktab svarende til det for en fysisk hulplade.

• Ultralyd - Negligeret, da formålet med simuleringen er at optimere dampskyen og temperaturfordelingen på kyllingerne.

Resultater

For at validere simuleringens opsætning blev temperaturfordelingen i fluid domænet og på et udvalg af kyllinger sammenlignet med tilsvarende eksperimentel data. En tilfredsstillende overensstemmelse mellem eksperimentel og CFD data blev fastslået, der lagde grundlaget for videre optimering af dekontamineringsprocessen vha. CFD opsætningen.

Kvalitative evalueringer af processen er essentielle i en sådan optimeringsopgave. Konkret kan visualiseringer af kyllingernes overfladetemperaturfordeling være en stor fordel når det kommer til at evaluere, hvor godt varmebehandlingen af kyllingerne foregår. En sådan visualisering er vist i figuren nedenfor. Henholdsvis røde og blå farver indikerer høj- og lavtemperaturområder.

Figuren nedenfor viser en iso-overflade af dampfasen evalueret ved en massefraktion på 0.8. Dette illustrerer bevægelsen og koncentrationen af dampen i domænet, der er afgørende for opvarmningen og kyllingernes temperatur.

Baseret på det beskrevne CFD-setup har Aerotak kunnet simulere den ultrasoniske dekontamineringsproces af kyllinger og optimeret systemets ydeevne ved kvalitativt og kvantitativt at evaluere resultaterne af CFD-simuleringen.

For mere information kontakt: