수소 전주기를 위한 Ansys 솔루션 - 활용 편

관리자
2023-09-20
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수소 연소

엔지니어링 목표

- 수소 혼합 연료 및 순수 수소에 대한 기존 엔진 아키텍처의 성능 이해 

- 높은 수소 함량의 새로운 연소기 설계 지원 

- 수소계 연료를 사용하는 엔진의 NOx 배출 특성 이해 


Ansys 솔루션

- 빠른 전처리: Fluent Meshing 기반 워크플로우 

- 유한 속도(FR) 및 화염 생성 매니폴드(FGM) 연소 모델을 사용한 정확한 연소 시뮬레이션 

- 시뮬레이션에 더 큰 반응 메커니즘을 포함할 수 있는 능력 

- 연소 모델링을 위한 HPC의 확장 가능한 성능 


이점

- 엔진 작동 조건에서 수소 혼합 연료의 연소 특성에 대한 더 나은 인사이트 

- 다양한 작동 조건, 공기비 등에서 성능 예측 

- 더 높은 열 효율과 낮은 NOx를 유지하기 위해 엔진 설계 최적화 


친환경 가스 터빈: 수소 연소 시뮬레이션

엔지니어링 목표

- 가스 터빈 엔진의 탄소 배출 제거

- 수소/바이오연료용 저NOx 전력, 추진 및 APU 연소기 설계 


Ansys 솔루션

- 고충실도의 연소 및 난류 모델: SBES 난류 모델과 함께 FGM 연소 모델을 사용하여 수소(또는 H2 혼합/SAF) 연소를 정확하게 모델링 

- 병렬 및 자동화된 메시 생성: 몇 분 만에 수백만 개의 고품질 폴리헥스코어 셀 생성 

- HPC: 더 빠른 설계 반복을 위해 수십만 개의 코어에서 확장성이 뛰어난 CFD 솔버 


이점

- 다음과 같은 H2 연소와 관련된 전반적인 성능 및 복잡한 현상을 정확하게 예측: 

  • 역화, 자가점화, 희박 가연 한계, NOx 배출
  • 열음파, 화염 라이너 상호작용

- 다양한 개념을 신속하게 반복하기 위해 고충실도의 시뮬레이션을 사용하여 장비 테스트 및 출시 시간 단축 

수소 연료전지

엔지니어링 목표

- 고효율 연료전지 설계 실현

- 연료전지 스택 내구성 및 신회성 문제 해결

- 연료전지의 물과 열 관리


Ansys 솔루션

- 복잡한 연료전지 형상을 위한 공형/비공형 메시 생성

- 연료전지 및 스택의 정확한 솔루션

- 저온 PEMFC 및 고온 SOFC를 모델링하기 위한 내장형 CFD 모듈 

- 대형 스택 모델을 위한 확장성


이점

- 연료전지의 편광곡선 예측

- 응축 및 수분함량 예측

- 바이폴라 플레이트 설계 최적화

- 연료전지의 열 거동 이해

수소 희박 가연 한계 모델링

엔지니어링 목표

- 임계 연소 특성 이해

- 희박 연소를 안정화하고 배기가스 배출을 줄이기 위한 가이드라인 제공

- 탈탄소화 노력 지원


Ansys 솔루션

- 범위 난류 모델이 있는 변형 FGM 연소 모델은 고도로 변형된 수소 희박 예혼합 연소를 정확하게 시뮬레이션 

- 입증된 수소 및 수소 혼합 메커니즘


이점

- 희박 가연 한계, 희박 예혼합 조건에서 매우 소용돌이치는 화염과 같은 복잡한 현상 이해 

- 정확한 화염 속도 예측과 보다 정확한 NOx 및 CO 예측 제공

수소 희박 가연 한계 모델링

엔지니어링 목표

- 순수 수소 및 수소 혼합 연료에서 역화의 시작 조건 이해

- 역화를 회피/방지하기 위해 버너 설계를 평가하고 최적화

- 보다 안전한 작동조건을 위한 가이드라인 제공


Ansys 솔루션

- 빠른 전처리: Fluent Meshing 기반 워크플로우 

- 유한 속도(FR) 및 화염 생성 매니폴드(FGM) 연소 모델을 사용한 정확한 연소 시뮬레이션 

- 시뮬레이션에 더 큰 반응 메커니즘을 포함하여 역화를 포착할 수 있는 능력 

- 유동장을 정확하게 포착하기 위한 다양한 난류 모델 

- 연소 모델링을 위한 HPC의 확장 가능한 성능


이점

- 순수 수소 및 수소 혼합 연료의 연소 특성에 대한 더 나은 인사이트 

- 역화를 유발하는 시나리오에 대한 더 나은 이해

- 역화를 방지하기 위한 버너 설계 최적화

- 엔진/연소기의 안전한 작동을 위한  모범사례

터빈용 수소 연료

엔지니어링 목표

- 항공기 추진 시 시스템용 터보 기계류의 연료로 수소 사용

- 탄소 배출 제로/낮은 NOx 배출


Ansys 솔루션

- 고충실도: 인사이트(Workbench + Fluent) 

  • 연소실에서 제트 A1 또는 수소 연료 흐름 거동의 영향  
  • 연소 효율에 대한 버너 형태의 영향 
  • 벽 챔버 온도, 입구 터빈 열 구배 및 냉각 장치 위치가 구조물을 보호

이점

-  "터빈 및 압축기에 대한 복잡한 계산을 해석하고 물리적 프로토타입을 가상 프로토타입으로 교체하며 설계 탐색을 향상시킵니다." - Damien Fauvet, TURBOTECH의 CEO 

- "Turbotech는 소음이 적고 환경에 미치는 영향이 적으며 비행 내구성이 뛰어난 차세대 엔진을 제공할 것입니다." 

- 수소 연료를 사용하는 기존 터보프롭 및 터보제너레이터 검증 및 개선

연비

엔지니어링 목표

- 하이브리드 전기 항공기용 전력 생산

- 배기가스를 줄이고 효율성을 높이며 운영 비용을 낮추는 전기화

- Turbotech는 연료 소비를 획기적으로 줄이기 위해 열교환기를 장착한 최초의 하이브리드 터보 제너레이터 제공


Ansys 솔루션

- 고충실도:

  • 터빈 압축기의 유동 거동에 대한 형상 변화의 매개변수 연구(Blademodeller, CFX) 
  • 열교환기 모듈의 압력 손실 및 가스터빈의 연소(Fluent) 
  • 회전자/고정자 열 및 최대 응력(Mechanical)과 샤프트 역학 및 진동 분석


이점

- "터빈 및 압축기에 대한 복잡한 계산을 해석하고 물리적 프로토타입을 가상 프로토타입으로 교체하며 설계 탐색을 향상시킵니다." - Damien Fauvet, Turbotech의 CEO 

- "Turbotech는 소음이 적고 환경에 미치는 영향이 적으며 비행 내구성이 뛰어난 차세대 엔진을 제공할 것입니다." 

- 연비의 최대 50%