パフォーマンス向上のための冷却

Coolriteの製品は、市場で入手可能な最高のエネルギー定格を有し、年間のエネルギーランニングコストが最小化されるように設置されるように、最新の技術進歩を使用しています。 Coolriteが提供する重要な設計サービスは以下の通りです:

• 業務用冷凍庫
• エアコン
• 製薬･食品加工
• インキュベータールームのプロセスシミュレーション
• 急速冷蔵室と急速冷凍室

Gerard Lally氏はCoolriteのテクニカルセールスマネージャーで、SimScaleのユーザーです。 彼のチームは、さまざまなファイル形式で作成した3DモデルをSimScaleに直接アップロードしてシミュレーションを開始しています。 製薬会社、食品加工工場、スーパーマーケットなどと取引をする多数のクライアントからモデルを受け取るため、SimScaleが複数のファイル形式をインポートできることは大きな利点です。

Gerard氏と彼のチームが冷蔵室内で探している重要な洞察には、以下のようなものがあります:

• 冷蔵スペースの温度分布
• 温度の最大･最小位置の確認とそれによる故障ポイントの特定
• 冷蔵室の全エリアが指定温度内になるかの検証

シミュレーションで冷蔵室の温度分布を調べる

医薬品、食品貯蔵、科学研究など様々な産業において、冷蔵スペース内の正確な温度条件を維持することは、貯蔵物の品質と完全性を維持するために非常に重要です。 数値流体解析 (CFD)の登場は、エンジニアや科学者がこれらの制御された環境内の温度分布を解析し、最適化する方法に革命をもたらしました。 この記事では、製薬工場の低温貯蔵施設を実例に、冷却プラントを備えた冷蔵室内の温度分布をシミュレーションするためのCFDの応用について掘り下げていきます。

CFDは流体力学の一分野であり、数値解析とアルゴリズムを用いて流体の流れや熱伝達プロセスの挙動を解き、シミュレーションを行います。 CFDを使用することで、エンジニアは複雑な流体の流れパターン、温度分布、および所定の環境内のその他の関連現象を視覚化することができます。 冷蔵冷凍室の場合、CFDを使用することで、温度変化を正確に予測し、潜在的なホットスポットを特定し、冷却システムの性能を最適化することができます。

ケーススタディ: 冷蔵室内の温度分布と気流をシミュレーション

2~8℃の温度範囲で原材料を保管する冷蔵室を必要とする冷蔵室を考えます。この温度範囲からの逸脱すると、食品の腐敗がおこり経済的損失につながる可能性があります。 冷蔵室には、スタンバイモードで4.5kWの冷却能力を持つ冷却プラントが装備されています。 冷却プラントへの要求は、ドアの開閉による空気の侵入や周囲の状況などの要因に影響されます。 課題は、このような動的変数を考慮しながら、冷蔵室全体の均一な温度分布を確保することです。

温度分布のシミュレーションを行うために、冷蔵室とその内容物の仮想3DモデルをCADソフトウェアで作成し、CFDプラットフォームであるSimScaleにインポートします。 このモデルには、冷蔵室の寸法、断熱特性、ドアの位置、冷却プラントの仕様が含まれています。 原材料はモデル内で仮想的に表現され、その熱特性が定義されます。

実際のシナリオを再現するために、様々な境界条件が適用されます。 これらの条件には、初期温度分布、冷却プラントの運転、ドア開閉状態、外部環境温度の変化などが含まれます。 例えば、ドアが開いているとき、CFDは暖かい空気の流入をシミュレートし、部屋の熱的平衡、ひいては温度に影響を与えます。

CFD ソフトウェアは、流体の流れと熱伝導の支配方程式をモデ ル化する数値ソルバーを採用しています。流体の動きを記述するナビエ・ストークス方程式と、温度変化を支配する熱伝達方程式が、冷蔵室を表す計算グリッド上で数値的に解かれます。 これらのシミュレーションにより、伝導、対流、ふく射などの熱伝達メカニズムや、圧縮性、乱流などの基本的な流体挙動が解析されます。 その結果、CFD は流体の挙動に関する重要な洞察を提供し、流 速、温度、圧力などのパラメータに関するデータを提供します。

SimScaleを使用することで、CoolriteはCADモデル (床面積、容積、換気口の配置など)、シミュレーションパラメータ (境界条件、流量、周囲条件など)、またはその両方を微調整することで、複数の設計条件を設定し、並行して実行することができます。 シミュレーションにより、冷蔵室内の温度分布を視覚的に表す温度プロファイルが生成されます。 これらのプロファイルは、温度が指定範囲を超える可能性のある領域を示し、エンジニアが潜在的なホットスポットを特定するのに役立ちます。

CFD シミュレーションでは感度解析が可能で、エンジニアは変数の変化が温度分布にどのような影響を与えるかを評価できます。 例えば、ドア開口部の長さが温度変化に与える影響を評価し、ドア使用方針の最適化に役立てることができます。

冷蔵室の最適化

シミュレーションデータを分析することで、エンジニアは冷蔵室の運転戦略を微調整することができます。 これには、冷蔵室のデューティサイクルを調整したり、スタンバイモード移行を最適化したり、あるいはドア開閉時の温度擾乱を最小化するためにドア付近にエアカーテンを追加するといった物理的な変更を提案することも含まれます。

まとめ

冷凍冷蔵室内の温度分布のシミュレーションに数値流体力学を使用することで、繊細な材料を保管するための制御された環境を維持するための貴重な洞察が得られます。 冷蔵冷凍倉庫のケーススタディでは、CFDが温度パターンの可視化、冷却プラントの運用の最適化、温度要件の遵守にどのように役立つかを示しています。 CFD技術が進歩し続けるにつれて、温度に敏感な貯蔵に依存する業界は、情報に基づいた意思決定により、効率の向上、ロスの削減、製品品質の向上を期待することができます。

本記事は、https://www.simscale.com/customers/coolrite-keeping-cool-simulation/ の抄訳です。