FEM-simulaatiot vastaavat kryogeenisten sovellusten haasteisiin

Matalat lämpötilat ja lämpötilojen voimakkaat vaihtelut voivat rasittaa rakenteita kryogeenisissä sovelluksissa. Rakenteiden käytännön testaus on usein monimutkaista ja aikaa vievää, minkä vuoksi mallinnus- ja simulointityökaluista on tullut tärkeä osa sovellusten kehitysprosessia. Muutaman viime vuoden aikana Vahterus on tehnyt useita FEM-simulaatioita (Finite Element Method) kryogeenisissä sovelluksissa käytetyistä rakenteista.

FEM-simulointiprosessi alkaa tutkittavan rakenteen 3D-mallinnuksella. Geometria jaetaan sen jälkeen elementteihin, jotka muodostavat laskentaverkon. Reunaehdot ja kuormat kuvaavat rakenteen ulkoisia voimia ja ympäristöä. Ilmiötä hallitsevat osittaisdifferentiaaliyhtälöt ratkaistaan numeriisesti ja tuloksena saadaan muun muassa rakenteen siirtymät ja jännitykset. Rakenteen eliniän määrittämiseksi on olemassa monia väsymislaskentamenetelmiä, joissa käytetään yleensä FEM-simulaatioiden avulla määritettyä rakenteen maksimijännityksiä.

Mallinnus- ja simulointityökaluja käytettäessä on tärkeää varmistaa, että ne kuvaavat mahdollisimman virheettömästi tutkittua ongelmaa. Vahterus hyödyntää laajoja testausmahdollisuuksiaan kaikkien simulaatioissa käytettyjen mallien validointiin.

Lämpöjännitykset ovat luultavasti tärkein tekijä, joka määrittää nesteytetyn maakaasun höyrystimen käyttöiän. Lämpöjännityksiä simuloitaessa lämpötilajakautuma siirtimen sisällä on määritettävä täsmällisesti. Lämpötilajakauman määrittämiseen voidaan käyttää CFD-simulaatioita (Computational Fluid Dynamics).

Vuosina 2018–19 Vahterus teki yhteistyötä Elomaticin Tuomas Kyllösen kanssa. Kyllönen tutki diplomityössään ”Nesteytetyn maakaasun polttoainejärjestelmän höyrystimen mallintaminen laskennallisen virtausmekaniikan avulla” lämpötilajakaumaa Vahteruksen hitsatun Plate & Shell -lämmönsiirtimen sisällä.

FEM-simulaatioiden käyttö on auttanut Vahterusta kehittämään yhä parempia rakenteita haastavaan kryogeeniseen ympäristöön.

FEM-simulaatiot vastaavat kryogeenisten sovellusten haasteisiin

Resources page

Contact Us