METODA ELEMENTÓW SKOŃOCZNYCH Projekt

Transkrypt

1 METODA ELEMENTÓW SKOŃOCZNYCH Projekt Wykonali: Maciej Sobkowiak Tomasz Pilarski Profil: Technologia przetwarzania materiałów Semestr 7, rok IV Prowadzący: Dr hab. Tomasz STRĘK

2 1. Analiza przepływu ciepła. Do wykonania analizy program COMSOL używa następującego równania: - współczynnik skalowania w czasie, gęstość, - pojemność cieplna, - tensor przewodności cieplnej, - źródło ciepła, Przeprowadzona została symulacja odprowadzania ciepła przez łyżkę-chochlę którą używa się w gastronomi. Chochla ma za zadanie przelać gorący płyn (np. zupę) z dużego naczynia do mniejszego (np. talerza). Chochla zostanie włożona do płynu o temperaturze 100 o C (373 K) przez 40 sekund i sprawdzimy jak rozchodzi się ciepło, czy osoba użytkująca chochlę oparzy się? Model łyżki został wykonany w programie Comsol Multiphysics. Rys.1.1. Wygenerowany model 3D. 2

3 Wprowadzenie właściwości materiałowych w opcji Subdomain Settings. Za źródło danych posłużył wbudowany katalog programu. Rys Zdefiniowanie danych materiałowych. Temperaturę początkową ustawiono dla każdego elementu na 20 o C (293 K) Rys 1.3. Zdefiniowanie temperatur początkowych. 3

4 Wprowadzenie warunków brzegowych w opcji Boundary Settings. Rys 1.4. Zdefiniowanie warunków brzegowych. Wprowadzenie parametrów czasu w opcji Solver Parameters. Rys 1.5. Zdefiniowanie parametrów czasu. 4

5 Rys 1.6. Wygenerowanie siatki. Wyniki symulacji: Rys 1.7. Rozkład temperatur 5

6 Rys 1.8. Rozkład temperatur Rys Rozkład temperatur. 6

7 Wnioski: Chochla wykonana z stopu aluminium bardzo dobrze wywiązuje z swoich obowiązków. Pomimo podgrzewania dolnej części łyżki do 100 C, część chwytowa jest nadal zimna. 2. Analiza ugięcia krzesła 2.1 Wstęp Przeprowadzona symulacja miała na celu porównanie dwóch belek: dwuteownika i belki o przekroju prostokątnym. Obie belki mają długość 3m i są wykonane z stali konstrukcyjnej. Elementy zostały obciążone w połowie ich długości obciążeniem zmiennym o wartości 1000N Rysunek 2.1 Model belki- dwuteownik wykonany w programie Comsol Rys 2.2 Model belki o przekroju prostokątnym wykonany w programie Comsol 7

8 2.2 Wprowadzenie danych Rysunek 2.3 Dane materiałowe Rysunek 2.4 Sposób utwierdzenia 8

9 Rysunek 2.5 Zadanie obciążenia Rysunek 2.6 Wygenerowanie siatki dla belek 9

10 Rysunek 2.7 Wyniki symulacji obciążenia dwuteownika Rysunek 2.8 Wyniki symulacji obciążenia belki o przekroju prostokątnym 2.3 Wnioski: Po przeprowadzonej symulacji belek wiemy iż w zwykłej belce o przekroju prostokątnym ugięcie jest ok. 10 razy większe. Wpływ na otrzymane wyniki ma odpowiednie ukształtowanie belki- umocnienie. 10

11 3. Przepływ strumienia powietrza w nawiewie samochodowym 3.1 Wstęp COMSOL Multiphysics 3.4 z wykorzystaniem modułu Fluid Dynamics służącego do badań dynamiki płynów, jest programem typu MES, wykorzystującym metodę elementów skończonych do symulacji zjawisk zachodzących w przyrodzie. Program pozwala na opisanie obiektu w środowisku nieściśliwego płynu za pomocą równań Navier-Strokes a. Ma on szerokie zastosowanie w przemyśle, wszędzie gdzie spotykamy się z ruchem cieczy bądź gazu. Pomaga w optymalizacji przepływu celem zwiększenia jego tempa bądź zmniejszeniem strat energii związanych z zadanym przepływem. Na szczególną uwagę zasługuje fakt możliwość zastosowania programu w badaniu przepływu powietrza w nawiewie samochodowym. W tym przypadku ważne jest aby odpowiednio zaprojektować kratki nawiewu, dzięki którym w łatwy i szybki sposób można kierować strumieniem wypływającego powietrza. Na potrzeby symulacji zaprojektowano możliwy do wykonania kształt płytek sterujących kierunkiem przepływu powietrza. Przeprowadzono dwie symulacje mające na celu pokazanie przepływu strumienia powietrza przy różnych prędkościach. Prędkości powietrza są następujące: 0,2m/s oraz 1m/s. 3.2 Model Model przedstawia zakończenie kanału doprowadzającego strumień, miejsce napotkania powietrza na kratkę nawiewu samochodowego oraz przestrzeń samochodu osobowego. Model bez uwzględnienia kanału doprowadzającego ma wymiary 2x1,3m. Rys Model na którym przeprowadzono symulację 11

12 3.3 Przeprowadzenie symulacji Za ośrodek, w którym poruszał się model przyjęto powietrze o gęstości 1.23 kg/m 3 i lepkości dynamicznej wynoszącej 1.78*10-5 Pa*s; parametrach odpowiadających temperaturze 20 o C. Rys Parametry symulacji v=0,2m/s Rys Parametry symulacji v=1m/s 12

13 Wprowadzenie właściwości powietrza w opcji Subdomain Settings. Rys Wprowadzenie danych właściwości powietrza. Wprowadzenie ustawień w opcji Boundary Settings. Rys Wprowadzenie ustawień 13

14 Wygenerowanie siatki (Initialize Mesh) Rys Wygenerowana siatka do symulacji. Wyniki symulacji dla prędkości przepływu powietrza 0,2m/s dla 10 sekund. Rys ,2m/s, 10s Wyniki symulacji dla prędkości przepływu powietrza 1m/s dla 2 sekund. 14

15 Rys m/s, 2s 3.4 Wnioski Jak wyraźnie widać na rys. 3.6 strumień powietrza przy prędkości początkowej 0,2 m/s w czasie 10 sekund dopływa jedynie do połowy badanej przestrzeni (czyli około 1 metr). Natomiast rys. 3.7 pokazuje, że w czasie tylko 2 sekund powietrze z prędkością 1 m/s dopływa prawie do końca przestrzeni badawczej. Na rysunku tym widać jednak istnienie wyraźnych zawirowań w powietrzu tuż za kratkami sterującymi kierunkiem przepływu powietrza. W celu wyeliminowania takich zawirowań należałoby zastanowić się nad zaprojektowaniem innych profili sterujących kierunkiem przepływu powietrza. 15