Исследование геометрии канала в двухмерной поставке методом смеси

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Министерства науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Пермский национальныйисследовательский
политехнический университет

Электротехнический факультет

Кафедра конструирования и технологии в электротехнике

Направление подготовки: 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Профиль «Управление и информационные технологии в электротехнике»

Курсовой проект

По дисциплине «Математические пакеты для инженерных и научных расчётов»

Тема «Исследование двухслойного течения полимера»

Выполнил студент гр._КТЭ-17-1м_____

___Поздеева А.С.______

(Фамилия, имя, отчество)

________________________

(подпись)

Проверил:

Доцент каф. КТЭ Казаков А.В.

(должность, Ф.И.О. руководителя от кафедры)

___________ _________________________

(оценка) (подпись)

_____________

(дата)

г. Пермь

2018

Содержание

Введение………………………………………………………………………...…3

Литературный обзор………………………………………………………..……4

Исследование геометрии канала в двухмерной поставке методом смеси и методом подвижной сетки………………………………………………………..7

Исследование двухслойного течения полимерных материалов в трехмерной постановке………………………………………………………………………..15

Заключение..……………………………………………………………….….…24

Список литературы……………………………………………………………....21

Введение

В современном кабельном производстве основным способом наложения пластмассовой изоляции является экструзия. Многочисленные исследования, проводимые в данной области, направлены, прежде всего, на модернизацию оборудования и совершенствование технологических режимов. Одним из основных инструментов, способствующих получению результата, является математическое моделирование [1].

В данной курсовой работе необходимо провести исследования двухслойного течения полимерных материалов в двухмерной и трехмерной постановках.Определить оптимальное количество расхода для решения задачи. Провести сравнительный анализ двухмерной модели методами смеси и подвижной сетки, а так же трехмерной модели.

Литературный обзор

Для решения данной задачи был использован пакетеANSYS, а именно такие программные средства, как:ICEMCFD, и Polyflow.

ANSYS ICEM CFD

ANSYS ICEM CFD — это пакет, предоставляющий современные методы построения геометрической модели, создания и оптимизации сетки, а также средства постпроцессинга.

ANSYS ICEM CFD поддерживает широкий спектр импортируемых CAD-данных и фасетных данных, в том числе STL. Технологии для построения сетки по объему (patch-independent) позволяют строить сетку по плохо связанному набору геометрических данных, что невозможно сделать при помощи других инструментов. Данный модуль включает в себя широкий набор методов создания различных типов сеточных моделей, в том числе гексаэдрических моделей на основе блочной структуры, тетраэдрических моделей Octree, Delaunay, AdvancingFront, призматических сеток, сеток с преобладанием гексаэдров, сеток с гексаэдрами в ядре, декартовых сеток с подгонкой под контуры области, декартовых сеток со ступенчатыми границами, поверхностных структурированных (автоблочных) сеток и неструктурированных сеток четырехугольных элементов. Эти методы создания могут чередоваться, а также могут быть объединены с унаследованными сетками и/или с сетками, построенными вручную.

Развитая диагностика, интерактивное автоматизированное редактирование сеточной модели, возможность сохранения в форматы различных конечно-элементных решателей и мощный постпроцессор делают ANSYS ICEM CFD комплексным инструментом широким набором возможностей для построения сеточных моделей.

Ключевые особенности:

Интуитивно понятный, высокоавтоматизированный модуль работы с геометрической моделью, служащий для изменения и ремонта импортированной CAD-модели.
Возможность обрабатывать фасеточную геометрию (STL или сетка без геометрии).
Надежные методы построения сеток всех типов: гексаэдры, тетраэдры, призмы, пирамиды, треугольники, четырехугольники, стержни.
Сглаживание, сгущение и разрежение, преобразование типа элемента, поддержка линейных и квадратичных конечных элементов.
Более 100 CFD/CAE форматов сеточной модели.
Передача файлов CFD и CAE данных для выполнения расчетов жидкостно-конструкционного взаимодействия (FSI).
Автоматизированный и интуитивно понятный способ создания скриптов для пакетного запуска построения сетки [2].

ANSYS POLYFLOW

ANSYS POLYFLOW – специализированное программное средство для различных отраслей промышленности, где в качестве рабочего тела выступают среды, имеющие сложную реологию. Примерами таких сред являются полимеры, резины, стекло в текучем состоянии и многое другое.

ANSYS POLYFLOW является эффективным инструментом анализа технологических процессов, связанных с обработкой полимеров, заполнением форм, высокотемпературным формообразованием и производством стекла. Данный модуль применяется для моделирования процессов выдувки различной пластиковой тары, термоформовании упаковочных материалов для медицинских и пищевых продуктов, экструзии при разработке резиновых уплотнений и др.

Для решения дифференциальных уравнений в частных производных в ANSYS POLYFLOW используется метод конечных элементов и лагранжевое описание текучей среды. С помощью специального модуля Polystat решаются задачи статистического анализа процессов перемешивания.

Основные возможности:

-моделирование процессов формования;

-расчёт экструдеров;

-задачи транспортировки и смешение материалов;

-решение обратных задач[3].

Исследование геометрии канала в двухмерной поставке методом смеси

Был построен канал с жилой и заданы граничные условия, показанные на рисунке 1

Условие нормальной и тангенциальной сил

Исследуемые линии

Плоскость симметрии

Т=350 K

Т=340 K

Т=310 K

Свободная поверхность

Рис. 1. Граничные условия на исследуемой модели

В таблице 1 представлены реологические и теплофизические свойства полимеров.

Таблица 1. Реологические и теплофизические свойства полимеров

Величины	I слой	II слой
Расход, Q кг/с	5·10^-4	5·10^-4
Плотность, g кг/м³	780	781
Теплоёмкость, с Дж/(К*кг)	2500	3000
Теплопроводность, λ Вт/(м*К)	0,5	0,51
Начальная вязкость, μ₀	14000	14500

Изменение температурного поля приведенного на рисунке 2. Оно показывает достаточно равномерный характер прогрева материала. Полученное поле скоростей представлено на рисунке 3.

Рис.2 Изменение температурного поля

Рис. 3 Распределение поля скоростей

Течение материалов в канале представлено на рисунке 4.

Материал 1

Материал 2

Рис. 4 Материалы модели

По полученным результатам построены 5 графиков зависимости скорости от высоты канала кабельной головки, и пять графиков зависимости температуры от высоты канала.

На графиках 1, 2, 3, 4, 5 приведены зависимости температуры от высоты канала на различных линиях методом смеси и методом подвижной сетки.

График 1. Зависимость температуры от высоты канала на линии 1

График 2. Зависимость температуры от высоты канала на линии 2

График 3. Зависимость температуры от высоты канала на линии 3

График 4. Зависимость температуры от высоты канала на линии 4

График 5. Зависимость температуры от высоты канала на линии 5

На графиках 6, 7, 8, 9, 10 приведены зависимости скорости от высоты канала на пяти различных линиях методом смеси и методом подвижной сетки.

График 6. Зависимость скорости от высоты канала на линии 1

График 7. Зависимость скорости от высоты канала на линии 2

График 8. Зависимость скорости от высоты канала на линии 3

График 9. Зависимость скорости от высоты канала на линии 4

График 10. Зависимость скорости от высоты канала на линии 5

В ходе данного исследования получено распределение температуры, скорости течения полимера по исследуемому каналу. Происходит наружная деформация свободной поверхности. Устанавливается температура по мере движения через канал. Эпюры скоростей перестраиваются в зависимости от ширины канала. С увеличением ширины канала, векторы скорости уменьшаются. По результатам была построена зависимость температуры и скорости течения от высоты канала в пяти его разных частях. При исследовании использовалось два метода: метод смеси и метод подвижной сетки. В ходе проведения сравнительного анализа двух методов был сделан вывод, что поля скоростей имеют одинаковое распределение. Что касается температурных полей, то здесь необходимо провести дополнительный анализ адекватности всей расчетной модели.

Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 172; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!