CFD流体解析

概要

流体解析によりプラント設備や機器内外の伝熱流動を理解することは、それらの健全な機能と安全性を検討する上で非常に重要です。
東洋エンジニアリングは、多年にわたり蓄積した豊富な知見と経験をもとにCFD流動解析技術を活用し、エンジニアリングの円滑な遂行と問題解決に取り組んでいます。

CFD流動解析の適用事例

スチームメタンリフォーマの燃焼・伝熱解析

メタンを水蒸気改質して合成ガスを生産するSteam Methane Reformer (SMR)の加熱炉内燃焼流のCFD解析を行いました(図1)。
本解析では、触媒管内の水蒸気改質反応をモデリングし、その反応に必要となる管内外の伝熱過程をカップリングさせることにより、加熱炉内の火炎形状や触媒管温度の検証を行いました。この解析結果を通じて、最適な炉体形状やバーナおよび触媒管の配列を決定することができました。
東洋エンジニアリングは、このようなCFD流動解析技術を駆使して、エンジニアリングの円滑な遂行と問題解決を行っています。

図1 SMR燃焼炉内の温度分布

図1 SMR燃焼炉内の温度分布

フレアノックアウトドラム内の液体スロッシング解析

FPSO (Floating Production, Storage and Offloading system)のエンジニアリングでは、船体の揺動とそれに伴って発生する事象をあらかじめ設計で考慮する必要性があります。液体貯蔵タンクで発生するスロッシングはその代表的一例です。
本解析事例では、フレアノックアウトドラム内に貯留されている液体のスロッシングの非定常過程をCFD解析により追跡しました。図2は、ある瞬間におけるタンク内の液高と液表面を可視化したものです。本解析では、液面の変位を抑制するバッフル板の枚数と配置について最適化検討を行い、バッフル板が効果的に液面の揺動を抑制できることを確認しました。
東洋エンジニアリングは、このようなCFD流動解析技術を駆使して、エンジニアリングの円滑な遂行と問題解決を行っています。

図2 フレアノックアウトドラム内の液高と液面の可視化結果

図2 フレアノックアウトドラム内の液高と液面の可視化結果

気泡塔の二相流解析

気泡塔の設計において、所定のプロセス性能を得るためには良好な気液接触状態を実現する必要があります。気泡の上昇によって駆動される液相の流動パターンは性能達成のための重要な指標であり、複雑な気液二相流の把握にはCFDによる流動解析が強力なツールとなります。
本解析事例では、ガスと液が底部のノズルから別個に供給される気泡塔内の気液二相流の解析を行いました。図3に示すように、液相流れは上昇する気泡流との間で運動量交換を行い、バッフル間の分割区間でトーラス状の循環流動パターンを形成します。本解析により、気泡塔の分割段数やバッフル板の設計検証と最適化を行い、望ましい気液流動状態が得られることを確認しました。
東洋エンジニアリングは、このようなCFD流動解析技術を駆使して、エンジニアリングの円滑な遂行と問題解決を行っています。

図3 気泡塔内の液相流動パターン(左図)および気泡分布(右図)

図3 気泡塔内の液相流動パターン(左図)および気泡分布(右図)