Měření rychlosti a modelování proudění vzduchu pro účely ochlazování válcovaného materiálu

Ing. Mario Machů, Ph.D.; Ing. Luboš Polcar; prof. Dr. Ing. René Pyszko

V metalurgickém průmyslu je měření průtoků a rychlosti tekutin jako chladicí vody, vzduchu nebo topných plynů obvykle klíčovou součástí systému regulace provozu s významným vlivem na kvalitu a ekonomiku procesu. Proces řízeného ochlazování válcovaného drátu vyžaduje určité množství a rozdělení vzduchu po šířce a délce chladicího dopravníku. Pro účely měření během seřizování technologie byl (původně doporučený) vrtulkový anemometr porovnán s měřením na základě diferenčního tlaku za použití Pitotovy a Prandtlovy trubice. Rozdíly naměřených hodnot pomocí všech tří sond a také citlivost na vzdálenost snímače od ústí dýzy a úhlovou odchylku podélné osy snímače od směru proudění byly laboratorně vyhodnoceny. Pitotova trubice vykázala téměř stejné naměřené hodnoty jako Prandtlova trubice. Pitotova trubice vykázala menší odchylku měřené rychlosti způsobenou odklonem osy snímače vůči směru proudu v porovnání s Prandtlovou trubicí. Z celkového porovnání užitných vlastností, odolnosti, investiční náročnosti a přesnosti měření vychází užití Pitotovy trubice v náročných podmínkách válcoven jako nejvýhodnější ze všech tří porovnávaných sond. Získané výsledky měření na laboratorní dýze byly porovnány s CFD simulací. Pro simulaci byly použity výpočetní modely k-ε-realizable, RNG, Spallart-Allmaras, k-ω-realizable, Reynolds-Stress SST a DES. Ve srovnání s naměřenými hodnotami vykázal model k-ε-realizable nejmenší rychlostní odchylku v ose proudu 1,24 m⋅s^-1, což je rozdíl 4,4 % oproti naměřené hodnotě po celé šířce proudu z modelu dýzy.

Klíčová slova: proudění tekutin; měření; CFD modelování

VŠB – Technical University of Ostrava, Faculty of Metallurgy and Materials Engineering, Department of Thermal Engineering, 17. listopadu 15/2172, 708 33 Ostrava-Poruba, Czech Republic