Simulation numérique CFD
Simulation numérique (CFD)
Produire davantage et à moindre coût, dans le but de demeurer compétitif en maximisant le rendement : voilà une réalité incontournable pour le secteur industriel et manufacturier. Les défis sont nombreux : accroître la productivité des équipements existants, réduire la consommation des combustibles et les coûts de maintenance et ce, en exploitant un parc d’équipements potentiellement vieillissant, lorsque leur conception remonte à une époque où les outils modernes de dimensionnement et d’optimisation n’étaient pas disponibles.
La simulation numérique de la dynamique des fluides (Computational Fluid dynamics - CFD), est une discipline qui consiste à étudier les mouvements des fluides et leurs effets sur les échanges thermiques et de matière, à l’aide de logiciels spécialisés. La CFD est aujourd’hui un outil de pointe pour le dimensionnement et l’optimisation des performances des équipements neufs.
Nous avons développé une expertise visant à exploiter les outils de CFD dans le but de revoir la conception d’équipements thermiques existants, afin d'accroître leur productivité et leurs performances. Nous créons des prototypes numériques qui permettent simuler leur fonctionnement dans leurs conditions de services courantes afin de prédire l’impact qu'auront des modifications de leur design ou de leurs conditions opératoires. Ces prototypes permettent aussi de visualiser des mécanismes invisibles et souvent impossibles à mesurer au sein des équipements. Selon l’application en cause, l’objectif peut prendre différentes formes :
- Améliorer les échanges thermiques et de matière;
- Accroître la qualité du mélange de fluides;
- Uniformiser les écoulements ou promouvoir la turbulence;
- Réduire les résistances à l’écoulement;
- Promouvoir un changement de phase ou une réaction chimique;
- Limiter la production de composés polluants;
- Accroître la dispersion ou limiter l'accumulation de particules;
- Uniformiser les profils de température ou de pression.
Nous proposons ce service pour différents contextes tels que :
Nous utilisons la CFD pour optimiser les conditions de services ou apporter des modifications sur des appareils existants, dans le but de réduire leur consommation de combustible et accroître :
- Le transfert de chaleur à la charge (énergie utile) au sein des fours et chaudières afin d’accroitre l’énergie utile;
- Le mélange air/combustible afin de limiter les pertes énergétiques et la formation d’émissions polluantes;
- Les performances des systèmes de récupération d’énergie existants en améliorant le profil d’écoulement/la turbulence;
- Les performances de transfert de chaleur des séchoirs/fours en optimisant avec une convection forcée optimisée (homogénéisation des écoulements, optimisation des vitesses) conduisant à une consommation énergétique réduite;
- Les performances des échangeurs de chaleur existants (gaz-liquide; liquide-liquide; gaz-gaz);
- L’homogénéité du tirage de la cheminée sur des systèmes à chaudières multiples;
- La productivité et réduire la consommation spécifique grâce à la mise en œuvre de nouvelles technologies de brûleurs.
Nous utilisons la CFD pour caractériser le fonctionnement d’équipements existants dans le but de proposer des avenues d’optimisation, en lien avec les écoulements des fluides, les échanges thermiques, les réactions chimiques, les changements de phase, etc. L’ensemble de ces voies d’optimisation sont exploitées pour accroître la productivité des équipements et des procédés et/ou la qualité d’un produit. Il peut ainsi s’agir de :
- Caractériser l’uniformité du chauffage/refroidissement d’un volume ou d’une surface;
- Caractériser l’uniformité de la distribution du débit d’un fluide dans des conduits/réacteurs/ cuves;
- Caractériser l’uniformité d’un mélange dans les réservoirs/réacteurs;
- Caractériser la conversion de réactif ou un rendement en lien avec des réactions chimiques en cause;
- Caractériser le changement de phase d’un fluide (uniformité, temps requis, libération / absorption de chaleur, etc.);
- Quantifier la contribution du transfert d’énergie par conduction, rayonnement, convection forcée et convection naturelle et promouvoir le mode de transfert de chaleur approprié;
- Prédire la récupération de chaleur potentielle sur la charge sortante d’un four;
- Optimiser les conditions opératoires d’équipements ou de procédés existants.
Que vous soyez fabricant ou exploitant d’appareil, nous souhaitons être votre partenaire dans le développement de ces derniers. Nos outils de simulation permettent de comparer différents scénarios de conception d’appareils, et de limiter les frais associés à la construction de prototypes réels ou à la réalisation d’essais.
Une fois les meilleures stratégies de design identifiées à l’aide de nos outils de CFD, notre firme est en mesure de vous supporter pour la conception de prototype ou de modifications à apporter à vos procédés. Nous pouvons également participer à la réalisation de vos essais.
Les usines sont fréquemment confrontées à des problématiques opératoires ou à des bris d’équipements qui mettent en cause la mécanique des fluides. Il est souvent difficile de disposer d’une instrumentation adéquate permettant d’identifier et de résoudre ces problématiques par simple mesurage. Nos outils de simulation numérique peuvent permettre d’identifier les causes fondamentales des problématiques opératoires et des défaillances d’équipements qui sont en lien avec les écoulements de fluides, tels que :
- Défaillance dû à une surchauffe : la CFD permet de mettre en évidence des géométries de flammes inadéquates au sein de fours ou de chaudières;
- Défaillance dû à l’érosion : la CFD permet d’identifier des profils de vitesse inadéquats dans des conduites ou des appareils ou la présence de concentration de particules;
- Défaillance dû à la cavitation : la CFD permet d’identifier les conditions opératoires responsables de la présence de phénomènes de cavitations.
Étapes de réalisations
Les principales étapes des analyses en CFD sont typiquement les suivantes :
- Définition des objectifs/problématiques;
- Détermination des conditions opératoires actuelles;
- Détermination des caractéristiques des fluides et solides à l’étude;
- Détermination des mécanismes réactionnelles, changement de phase, etc. (si requis) ;
- Préparation d’un modèle 2D/3D représentant l’équipement existant;
- Paramétrage des outils de simulation;
- Simulation des conditions actuelles et analyse des résultats;
- Validation en comparant les résultats de simulation avec les conditions opératoires réelles;
- Simulation des conditions projetés et analyse des bénéfices.
Nos expériences antérieures variées sur de nombreux appareils et procédés nous permettent de comprendre et de nous adapter à des problématiques industrielles diversifiées.
L’analyse de l’optimisation énergétique d’un appareil à l’aide de nos outils de CFD peut être intégrée à des études d’efficacité énergétique complète comprenant :
- Les relevés nécessaires sur site;
- L’analyse des données de procédé;
- La production de bilans de matière et d’énergie;
- La production de rapport;
- Le financement des études par les organismes subventionnaires applicables.
La CFD c'est quoi?
La simulation numérique de la dynamique des fluides, souvent désignée par le terme anglais computational fluid dynamics (CFD), est une discipline qui consiste à étudier les mouvements des fluides et leurs effets à l’aide de logiciels spécialisés. Ces outils de calcul permettent de décomposer les environnements analysés en réseaux nodales et d’appliquer à chacun des éléments discrets qui en résulte, les équations qui les régissent. La résolution de l’ensemble de ces équations procure des solutions numériques concernant la distribution de la pression, les gradients de température, la composition locale des fluides et les profils de vitesses et de débits. La CFD est une discipline en développement rapide compte tenu de la capacité croissante des outils de calcul informatique.
La CFD est un outil incontournable pour étudier les phénomènes complexes relatifs aux écoulements des gaz et des liquides, aux changements de phases, aux échanges thermiques, aux réactions chimiques, à la combustion et aux mélanges des fluides. La CFD peut être utile pour la conception d’équipements neufs ou pour la revue de conception d’équipements existants, afin d’optimiser leurs conditions de services et leurs performances. La CFD permet de visualiser les mécanismes invisibles et souvent impossibles à mesurer au sein des équipements. La CFD c’est simuler le réel pour le comprendre et l’améliorer.
Appareils et procédés visés
Nos outils de CFD sont exploitables pour analyser le fonctionnement d’appareils et de procédés de différentes natures :
