Tutkijat: Timo Hyppänen, Srujal Shah, Kari Myöhänen, Jouni Ritvanen ja Payman Jalali
Yhteistyökumppanit: VTT, TTY, Åbo Academy, Fortum Oyj, Foster Wheeler Energia Oy, Metso Power ja Neste Oil.
Tutkimuskuvaus
Hiilidioksidipäästöjen vähentäminen ilmastomuutoksen torjumiseksi on tällä hetkellä suomalaisen energiasektorin keskeisin haaste. Tärkeimmät menetelmät tavoitteisiin pääsemiseksi ovat uudet polttotekniikat, kuten esim. happipoltto ja kemikaalikiertoon perustuva poltto (chemical looping combustion), sekä biopolttoaineiden käytön lisääminen. Nämä kuitenkin edellyttävät sekä polttotekniikoiden että uusien biopohjaisten liikennepolttoaineiden tuotantomenetelmien kehittämistä. Kaikissa näissä menetelmissä hyödynnetään kiertoleijutekniikkaa. Kokonaan uudentyyppisten kiertoleijuprosessien kehittäminen vanhojen pohjalta on riskialtista, sillä olosuhteet uusissa prosesseissa poikkeavat oleellisesti vanhoista. Virtausdynamiikan matemaattisella mallinnuksella pyritään näitä riskejä pienentämään. Nykyisellään kiertoleijun CFD-laskenta vaatii kuitenkin niin paljon laskenta-aikaa ja -tehoa, että sellaisenaan se ei voi olla uusien tekniikoiden suunnitteluprosessien yksi vaihe.
Uusien prosessien suunnittelun lisäksi kiertoleijun virtausdynamiikan nopeaa ja luotettavaa laskentaa tarvittaisiin myös muutettaessa tai optimoitaessa perinteisiä kiertoleijutekniikkaa soveltavia teollisuusprosesseja, joita ovat esimerkiksi kiertoleijukattila, kaasutus ja muut vastaavat konversioprosessit sekä kiertoleijutekniikkaa hyödyntävät kemian prosessit kuten leijukatalyyttinen krakkaus (FCC). Esimerkiksi kiertoleijukattiloiden osalta CFD-laskentaa voidaan käyttää mm. suunniteltaessa entistä suurempia tulipesiä ja tehtäessä muutoksia polttoaineissa tai polttotekniikassa. Kiertoleijun laskentamenetelmää tarvitaan myös, kun kehitetään leijukerroskaasutukseen perustuvaa biopohjaisten materiaalien polttoa ja liikennepolttoaineiden tuotantoa.
Tutkimuksen tavoitteena on kartoittaa ja kehittää monifaasivirtausten mallinnusmenetelmiä, jotta nykyisillä laskentaresursseilla pystytään laskemaan teollisuuskokoluokan prosesseja nykyistä huomattavasti lyhyemmässä ajassa ja luotettavasti.