DOI QR코드

DOI QR Code

Application of Open-source OpenFOAM for Simulating Combustion and Heating Performance in Horizontal CGL Furnace

수평형 CGL 소둔로의 연소 및 가열 성능 해석을 위한 오픈소스 OpenFOAM 기반 전산유체 해석

  • Kim, GunHong (KyungWon Engineering & Communication) ;
  • Oh, Kyung-Teak (KyungWon Engineering & Communication) ;
  • Kang, Deok-Hong (Energy System Research Group, RIST(Research Institute of Industrial Science & Technology))
  • Received : 2016.10.28
  • Accepted : 2017.05.31
  • Published : 2017.08.01

Abstract

The main motivation for this study was to establish a CFD-based procedure for the analysis of heating characteristics, particularly in industrial furnaces. As certain open-source software packages have gained popularity in dealing with complex industrial problems, the OpenFOAM framework was selected for further development of advanced physical models to meet industrial requirements. In this study, the newly developed comprehensive model was applied to simulate physical processes in the full-scale horizontal furnace of a continuous galvanizing line (CGL). The numerical results obtained indicate that the current approach predicts heating characteristics reasonably well. It was also found that radiative heat transfer plays a dominant role in heating the moving strip. To improve the predictability of our method, further work is required to model the turbulence-chemistry interaction realistically, as well as to impose a physically correct thermal wall boundary condition.

본 연구에서는 산업용 가열 설비에 대한 연소 유동장과 복합 열전달 해석을 위하여 오픈소스 기반의 3차원 해석 시스템을 구축하고 실제 운전 중인 재가열로에 대한 해석을 통해 유용성을 확인하였다. 효율적인 가열로 전용 해석 체계를 위하여 오픈소스 OpenFOAM 라이브러리를 적용함으로써 다양한 해석 기능들을 추가로 개발할 수 있는 확장성과 상용 프로그램 도입에 비하여 경제성 측면에서도 장점들을 가지고 있다. 개발된 프로그램을 활용하여 실제 연속 아연 도금 강판 생산 공정 내의 수평형 소둔로에 대한 해석을 수행하였다. 해석 결과로부터 대상 가열 설비의 가열 성능은 고온 연소 기체에 의한 대류 보다는 복사 열전달 효과가 지배적이며, 이송되는 강판 표면으로 유입되는 복사 열전달량은 총 열전달량의 76% 수준으로 분석되었다. 현 가열로 전용 해석 시스템은 핵심적인 가열 설비 해석 기능을 포함하고 있지만, 다양한 연소 조건에 적용 가능한 난류 연소 모델과 가열로 벽면 열경계에 대한 추가적인 연구가 필요함을 확인하였다.

Keywords

References

  1. Kim, H. S. and Kim, T. S., 2004, "Simulation of Heat Transfer in the Horizontal Furnace of CGL," Rist Research Paper, Vol. 18, No. 2, pp. 138-143.
  2. Kang, D.-H., Kwag, D.-S., Kim, W.-S. and Lee, Y.- K., 2003, "A Study on the Estimation of Onedimensional Heat Fluxes on the Slab in Reheating Furnace by Using Inverse Analysis," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 27, No. 1, pp. 61-68. https://doi.org/10.3795/KSME-B.2003.27.1.061
  3. Su, F.-Y. and Li, Z., 2013, "Numerical Simulation of Temperature and Flow Field in Horizontal Continuous Annealing Furnace," Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, Vol. 6, No. 7, pp. 1322-1325. https://doi.org/10.19026/rjaset.6.3951
  4. www.openfoam.org
  5. Lander, B. E. and Spalding, D. B., 1972, Lectures in mathematical models of turbulence, Academic Press, London; New York.
  6. Siegel, R. and Howell, J. R., 1992, Thermal Radiation Heat Transfer, Hemisphere Publishing Corporation, Washington DC.
  7. www.sandia.gov/TNF/radiation.html.
  8. Nordin, N. P. A., 2001, Complex Chemistry Modeling of Diesel Spray Combustion, Ph. D. thesis, Chalmers University of Technology.
  9. Jones, W. P. and Lindstedt, R. P., 1988, "Global Reaction Schemes for Hydrocarbon Combustion," Combustion and Flame, Vol. 73, No. 3, pp. 233-249. https://doi.org/10.1016/0010-2180(88)90021-1
  10. Kee, R. J., Warnatz, J. and Miller, J. A., 1983, A Fortran Computer Code Package for the Evaulation of Gas-Phase Viscosities, Conductives, and Diffusion Coefficients, Sandia National Laboratories Report SAND83-8209.
  11. www.salome-platform.org