CFD analysis of pot room

Abstract

Hydro Aluminium Karmøy har fått medieoppmerksomhet på grunn av økt lokal fluorutslipp. Interessen for å redusere utslippene fra taket prioriteres. Basert pådenne interessen er en optimal plassering ønskelig for en laserbasert monitor, som vil værelokalisert ved å kjøre en Computation Fluid Dynamic (CFD) simulering.Formålet med den presenterte oppgaven er å undersøke naturlig konveksjon i et gryterommed én gryte som varmekilde og verifiser den med eksperimentelle data og en ANSYSFLYTENDE modell. Saksoppsettet inneholder tre forskjellige geometrier, 2D liten skala,2D og 3D i stor skala.Numeriske simuleringer utføres ved å utvikle en løser for OpenFOAM, ogendelig volum-metoden brukes for å løse styrende ligninger. En oppdrift korrigertstandard k-epsilon, og LRN k-epsilon modell brukes til å simulere turbulens.De eksperimentelle dataene er samlet på en gangbro på toppen av gryterommet.Fullskala 3D-modellen, validert av eksperimentelle data og ANSYS FLUENTmodell, viser korrekte utløpstemperaturforskjeller, men har høye hastigheter.Implementering av porøse soner og ytterligere validering vil redusere utløpshastigheten. Demodellen er ikke gyldig for lokal varmeoverføring nær oppvarmede grenser, men veggenforholdene påvirker ikke utløpstemperaturen.Plasseringen for den planlagte laserbaserte monitoren anbefales å være mellomgangbro og monitorveggen.

Hydro Aluminium Karmøy has received media attention due to increased local fluoride emissions. The interest in reducing the emissions from the roof is prioritized. Based on this interest, an optimum location is desirable for a laser-based monitor, which will be located by running a Computation Fluid Dynamic (CFD) simulation. The object of the presented thesis is to investigate natural convection in a pot room with one pot as the heat source and verify it with experimental data and an ANSYS FLUENT Model. The case setup contains three different geometries, 2D small-scale, 2D, and 3D large-scale. Numerical simulations are carried out by developing a solver for OpenFOAM, and the finite volume method is employed to solve governing equations. A buoyancy corrected standard k-epsilon, and LRN k-epsilon model is used to simulate turbulence. The experimental data are collected on a footbridge at the top of the pot room. The full-scale 3D model, validated by experimental data and the ANSYS FLUENT model, shows correct outlet temperature differences but suffers high velocities. Implementing porous zones and further validation will reduce the outlet velocity. The model is not valid for local heat transfer close to heated boundaries, but the wall conditions do not affect the outlet temperature. The location for the planned laser-based monitor is recommended to be between the footbridge and the monitor wall.