Einführung in PNR Italia
PNR Italia wurde 1968 gegründet und ist seit 2024 ein stolzer Teil der Tecomec Group. Das Unternehmen verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung hochwertiger Sprühdüsen und Systeme für große Industrieanlagen. PNR Italia ist für seine in Italien entwickelte Technologie und Innovation bekannt und seit vielen Jahren ein vertrauenswürdiger Partner für Branchen weltweit.
Einführung von CFD bei PNR Italia
PNR Italia setzt auf kontinuierliche Verbesserung und hat in den vergangenen Jahren eine eigene Abteilung für Computational Fluid Dynamics (CFD) aufgebaut. CFD dient als wichtiges Werkzeug zur Verbesserung der Produktleistung und ermöglicht tiefere Einblicke in Sprüh- und Zerstäubungsprozesse, um das Düsendesign und die Betriebsparameter zu optimieren.
Air-Mist-Sprühtechnologie – Überblick über Zweistoff-Mischzerstäuber
Nachfolgend finden Sie ein detailliertes Diagramm des Zweistoff-Mischzerstäubers. Unter Druck stehende Flüssigkeit (1) und Gasströme (2) interagieren in den internen Kanälen des Geräts miteinander. Die Mischkammer (3) sorgt mithilfe des auftreffenden Luftstrahls für einen ersten Zerfall des Flüssigkeitsstrahls. Die Düsenspitze, die normalerweise mit einem Drallkörper (4) ausgestattet ist, erzeugt die gewünschte Sprühgeometrie.
Nachfolgend sehen Sie ein Isosurface-Bild aus der CFD-Simulation des Air-Mist-Sprays. Die dabei auftretenden internen Strömungsvorgänge sind einzigartig und sehr komplex. Flüssigkeits- und Gasstrahlen treffen im Kreuzstrom aufeinander, und das in der Simulation verwendete Volume-of-Fluid-Modell (VOF) muss zuverlässig sein.
Die Wechselwirkung zwischen Fluid und Wand ist auch in der internen Mischkammer (3) von entscheidender Bedeutung. Das in die Kanäle des Drallkörpers einströmende Zweiphasengemisch erhält eine turbulente Bewegung. Innerhalb der Wirbelkammer wird die Flüssigkeit durch die Zentrifugalkraft gezwungen, an den Wänden zu haften, während die Luft im Zentrum des Wirbels verbleibt und durch die abschließende Öffnung beschleunigt wird.
Herausforderungen bei der Sprühkühlung in der Stahlherstellung
In der Stahlindustrie ist die präzise Kontrolle der Abkühlrate heißer Stahloberflächen von entscheidender Bedeutung. PNR Italia stand vor der Herausforderung, den Wärmeübergangskoeffizienten (HTC) seiner Luftnebeldüsen unter verschiedenen Bedingungen wie Zulaufdrücken, Stahltemperaturen und Luft-/Wasserverbrauch genau vorherzusagen. Zu den wesentlichen Herausforderungen gehörten das Verständnis der komplexen Strömungsdynamik beim Zerfall und die Entwicklung thermischer Modelle zur Optimierung der Düsenleistung innerhalb einer Kühltunnelumgebung.
Wie Simerics die Herausforderung bewältigte
Mithilfe der CFD-Software von Simerics entwickelte und validierte PNR Italia numerische Modelle zur Vorhersage von HTC-Kurven mit bemerkenswerter Genauigkeit, insbesondere in Kühlregimen unterhalb der Leidenfrost-Grenze, bei denen Siedeeffekte minimal sind. Das Volume-of-Fluid-Modul (VOF) bewältigte effizient die interne Mehrphasenvermischung der Düse und den externen Sprühzerfall bei begrenzten Rechenressourcen, wodurch die Simulationen für den industriellen Einsatz wirtschaftlich realisierbar wurden.
Fazit
Sowohl die Luft- als auch die Wasserdurchflussraten lagen nahe an den für denselben Betriebszustand gemessenen Werten (Abweichung innerhalb von 3 %). Auch die von PNRs Laserinterferometrie-Messgerät gemessenen Tropfengeschwindigkeiten wurden durch das CFD-Modell korrekt wiedergegeben.
Die Synergie von PNR Italia mit seinen Kunden und der Einsatz fortschrittlicher CFD (Simerics) haben sich bei der Optimierung der Sprühkühlung in Stahlherstellungsprozessen als äußerst wertvoll erwiesen.
Dieser Ansatz verbessert nicht nur die Feinabstimmung der Düsen für die gewünschten Abkühlgeschwindigkeiten, sondern setzt auch einen Maßstab für Simulationen nach Industriestandard und Qualität.
