Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Projekt: Metoda Elementów Skończonych Program: COMSOL Multiphysics 3.4 Prowadzący: prof. nadzw. Tomasz Stręk Spis treści: 1.Analiza przepływu ciepła w chińskim woku. 2. Analiza opływu powietrza na przykładzie lotki. Wykonanie: Damian Bujak Dominika Felisiak Grupa dziekańska: M3 3. Analiza naprężeń i odkształceń na przykładzie krzesła z obciążeniem 1000 N/m 2
1. Analiza przepływu ciepła w chińskim woku. Opis modelu Modelem w tej części projektu będzie chiński wok. Jest to naczynie przypominające miskę z jedną lub dwiema rączkami, służące do smażenia w ruchu, szybkiego przyrządzania potraw na ogniu, przeważnie wykorzystywane w kuchni chińskiej. Pozwala na bardzo wydajną obróbkę cieplną. Współcześnie woki mają często lekko spłaszczone dno, w celu dostosowania do pracy na kuchenkach indukcyjnych. Standardowy wok ma około 30-40 cm średnicy i jest wykonany ze stali węglowej. Rączka patelni wykonana jest z drewna. Analiza modelu Warunkami obciążenia jest podgrzewanie woku od spodu płomieniem palnika kuchenki gazowej lub indukcyjnej. Zbadamy przewodzenie ciepła przez to naczynie. Będziemy sprawdzać czy po upływie 300 sekund dno woku będzie nagrzane do temperatury 150 C. Przyjmujemy, że dno patelni podgrzewane jest przy pomocy palnika gazowego, którego będzie posiadało odpowiednią temperaturę do smażenia i sprawdzimy również jaka temperatura będzie występowała na obrzeżach woku. Sprawdzimy również czy rączka nie będzie zbyt mocno się nagrzewać.
Do analizy wykorzystano moduł przewodzenia ciepła w 3D przedstawiający proces w funkcji czasu. Poniższą analizę przepływu ciepła przeprowadzono z użyciem równania przewodnictwa ciepła.
Określenie stałych materiałowych Powierzchnia podgrzewana do temp. 150 C
Temperatura pozostałych elementów patelni Ustawienie czasu analizy zagadnienia
Uzyskane wyniki z analizy a) Rozkład temperatury po 5 min Model woku z naniesioną siatką liczba elementów 10531.
b) Rozkład temperatury po 20 min Wnioski : Jak widać na przestawionych wynikach, rączki woku spełniają swoją funkcje i utrzymują temperaturę umożliwiającą bezpieczny chwyt (bez oparzenia). Dno i brzegi woku również utrzymują odpowiednią temperaturę by móc przyrządzać potrawy kulinarne.
2. Analiza opływu powietrza na przykładzie lotki. Przedmiotem badań jest lotka. Naszym celem będzie zbadanie opływowości lotki podczas lotu. W celu dokonania analizy przepływu powietrza wokół lecącej lotki zastosowaliśmy moduł Fluid Dynamics programu Comsol Multiphysics. - Model lotki: - Umieszczenie zamodelowanej lotki w myślowym środowisku (prostokąt) któremu zostały nadane parametry otoczenia:
- Wygenerowanie siatki programu: - Parametry czasowe:
- Po wprowadzeniu wszystkich potrzebnych parametrów wykonano obliczenia w programie COMSOL Multiphysics 3.4 i uzyskano wyniki przedstawione na poniższym rysunku: Jak widać na zamieszczonych wynikach symulacji, lotka przecinająca powietrze powoduje wzrost prędkości powietrza. Największą prędkość powietrze osiąga przy piórku, które działa jak statecznik w samolocie, zapobiegając rotacji lotki w locie. Za lotką prędkość w powietrzu wynosi w przybliżeniu 0m/s.
3. Analiza naprężeń i odkształceń na przykładzie krzesła z obciążeniem 1000 N/m 2 a) Przedstawienie zagadnienia. Celem analizy jest przedstawienie sposobu odkształcania się krzesła pod wpływem obciążenia oraz ukazanie rozkładu panujących w nim wówczas naprężeń. b) Badany element. Badanym elementem jest wcześniej wspomniane krzesło. Wyżej pokazany model został zaprojektowany w programie CATIA. Krzesło jest wykonane z drewna. Podczas przeprowadzanego eksperymentu obciążamy krzesło o całkowitej masie 100kg. c) Analiza modelu Analiza została przeprowadzona w module do badań obciążeń statycznych w 3D. Do analizy wykorzystano równanie Lagrange a II rzędu.
Po zaimportowaniu modelu do programu nadano mu właściwości materiałowe oraz określono warunki brzegowe. Przyjąłem następujące parametry dla drewna: Moduł Younga E=11*10 9 Pa; Współczynnik Poissona v=0,3 Gęstość p=720 kg/m 2 Skonfigurowanie warunków brzegowych (unieruchomienie krzesła w miejscach podpór oraz umiejscowienie obciążenia):
Następnie wygenerowano siatkę obliczeniową:
Tak wygenerowana siatka została poddana analizie MES. W efekcie otrzymano następujące wyniki: d) Wnioski Po przeprowadzonej analizie komputerowej rozkładu naprężeń i przemieszczeń przy pomocy programu COMSOL MULTIPHYSICS 3.4 dla drewnianego krzesła widzimy, że największe naprężenia występują w miejscu siedziska.