Эффективность установки прямого улавливания углерода (DAC) неожиданно резко упала. Криминалистическое 3D-моделирование с помощью ANSYS Fluent и Revit выявило причину: гранулированный материал в силосе неравномерно уплотнился под собственным весом и под воздействием термических циклов. Эта деформация, явный признак усталости материалов, создала преимущественные каналы для воздуха, которые обходили контакт с химическим фильтром, сводя на нет адсорбционную способность и выявляя слепое пятно в первоначальной конструкции.
Асимметричное уплотнение и моделирование преимущественных потоков с помощью ANSYS Fluent 🔍
Анализ начался с геометрической реконструкции силоса с использованием Revit и сканирования с помощью Artec Studio для захвата реальной деформации гранулированного слоя. При импорте деформированной геометрии в ANSYS Fluent CFD-симуляция показала, что локализованная пористость в зонах меньшего уплотнения действовала как автомагистраль для газа. Линии потока, визуализированные в постпроцессинге, показывали, что CO2 избегал плотных областей, где находился химический адсорбент. Это явление, подобное образованию трещин при циклической усталости в металлах, уменьшило эффективную площадь контакта более чем на 40%, объясняя резкую потерю эффективности.
Уроки для моделирования усталости в гранулированных материалах ⚙️
Этот случай демонстрирует, что усталость не является исключительной прерогативой металлов или полимеров. Гранулированные слои, подвергающиеся статическим нагрузкам и эксплуатационным вибрациям, испытывают пластическую перестройку, которая ставит под угрозу их функцию. Включение моделей динамического уплотнения в CFD-симуляции на этапе проектирования позволило бы предсказать эти преимущественные каналы. Ключ заключается в том, чтобы рассматривать гранулированный слой как живой материал, который со временем устает, — подход, который может сэкономить миллионы на эффективности в следующем поколении установок DAC.
Как вы моделировали вязкоупругий контакт между частицами цеолита и гранулированным слоем, чтобы CFD выявил дифференциальную усталость, вызвавшую потерю эффективности в силосе DAC?
(P.S.: Усталость материалов — это как ваша усталость после 10 часов симуляции.)