Nieuwsbrief december 2023

Wij wensen u heel fijne feestdagen en een gezond en mooi 2024!

Na een jaar van analyses en optimalisaties van gekreukelde opslagtanks, mengen en roeren, kapotte assen, vlammende fakkels, meetbuizen en aardbevingen vieren we het einde van het jaar met een leuke simulatie. Met als kerstgroet dit jaar een CFD-simulatie  van een “smokeless fire pit”, de opvolger van de vuurkorf en de vuurschotel, die allebei voor nogal wat rookoverlast kunnen zorgen. De CFD-simulatie in FLOEFD is ook nog gekoppeld aan een FEM-som: we rekenen behalve het vuur ook de spanningen uit veroorzaakt door de thermische uitzetting van het materiaal, in dit geval RVS.

De smokeless fire pit

Tegen het eind van het jaar is het stoken van een vuurtje voor veel mensen een geliefde bezigheid. Trend op dat gebied is de “smokeless fire pit”, die minder rookoverlast zou veroorzaken dan de traditionele vuurkorf en vuurschotel, die nog vaak als kerstcadeau worden gegeven. Je ziet allerlei ontwerpen, maar één detail dat ze vrijwel allemaal hebben, is de dubbele buitenwand en van daaruit een luchttoevoer naar het vuur net onder de bovenrand.

De dubbele buitenwand zou een “schoorsteeneffect” hebben waardoor de secundaire lucht beter naar het vuur wordt geleid. Maar is dat wel zo? Heeft dat inderdaad een gunstige invloed op de rookontwikkeling?

Wij hebben om dit te onderzoeken in CFD pakket Siemens Simcenter FLOEFD een “fire pit” met een dubbele buitenwand gemodelleerd en geanalyseerd..  De houtblokken zijn gestapeld volgens de “Zwitserse methode”. Van alle buitenvlakken van de houtblokken laten we houtgas instromen. Dit gasmengsel reageert met de zuurstof uit de lucht, waarbij het wordt omgezet naar CO2, waterdamp en wat CO. Verder natuurlijk warmteoverdracht convectie, warmtestraling, ook van het rookgas, en warmtegeleiding door het staal.

Net als in het echt moet je het vuur aansteken door de minimale ontbrandingstemperatuur van het gasmengsel te bereiken. We doen dat hier door een klein volume gedurende een korte tijd een initiële temperatuur te geven die boven deze temperatuur ligt. Is het vuur eenmaal aan en is er voldoende lucht- en brandstoftoevoer dan blijft het branden omdat de temperatuur hoog genoeg blijft.

Om de rookvorming te beoordelen moeten we weten wanneer rook ontstaat. Een van de oorzaken van rook is onverbrande brandstof. Als de verbrandingsgassen nog resten brandstof bevatten op het moment dat de temperatuur onder de ontbrandingstemperatuur zakt kan er fijnstof en daarmee rook ontstaan. Dit is te beoordelen door een “isosurface” te maken van het volume waar zich nog brandstof bevindt en daarop de lokale temperatuur te plotten. Zijn er spots waar de temperatuur onder de ontbrandingstemperatuur ligt dan kan daar rook ontstaan.

We hebben drie varianten geanalyseerd:

1. Dubbele wand met van daaruit de secundaire luchttoevoer naar het vuur
   

   CFD analyse smokeless fire pit

2. Dubbele wand zonder secundaire luchttoevoer
   
   

   CFD analyse smokeless fire pit zonder secundaire luchttoevoer

3. Enkele wand met de secundaire luchttoevoer naar het vuur vanaf buiten
   
   

   CFD analyse smokeless fire pit zonder buitenwand

Wat blijkt: tussen de versie met en de versie zonder dubbele wand zit geen groot verschil in de hoeveelheid toegevoerde secundaire lucht. De luchtstroom door de secundaire luchttoevoer wordt hoofdzakelijk bepaald door de aanzuiging van het vuur en niet door een schoorsteenwerking in de dubbele wand. De dubbele wand warmt de lucht wel op, wat gunstig is voor de verbranding, en in dit geval wordt de buitenste wand ook nog echt heet, ca. 200°C

De versie zonder secundaire luchttoevoer lijkt wel een iets hogere kans op rook te geven; op de plaatsen waar de vlam dicht langs de rand van de fire pit brandt koelt het gas lokaal erg af zodat het risico bestaat dat het te snel onder de ontbrandingstemperatuur komt.

In de eindige-elementen-analyse (FEM), overigens ook uitgevoerd in Siemens Simcenter FLOEFD, zijn de Von Mises-spanningen berekend ten gevolge van de uitzetting van het materiaal. Deze spanningen zijn hoog en ruim boven de vloeigrens. Er zal blijvende vervorming optreden.

HEC gesloten tussen kerst en nieuwjaar

Rest ons nog te melden dat we van 27 december 2023 tot en met  1 januari 2024 gesloten zijn. We hopen u vanaf 2 januari weer van dienst te mogen zijn.