ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТОЙ ГЕОМЕТРИИ КАНАЛА.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Пермский национальный исследовательский
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-16-1м_____
___._________
(Фамилия, имя, отчество)
_________________________
(подпись)
Проверил:
Доцент каф. КТЭ Казаков А.В.
(должность, Ф.И.О. руководителя от кафедры)
___________ _________________________
(оценка) (подпись)
_____________
(дата)
Г. Пермь, 2017
Содержание
Задание на курсовую работу………………………………………………..……3
Литературный обзор………………………………………………………..……4
Исследование простой геометрии канала………………….……………..…….7
Исследование двухслойного течения, с учётом изменённой геометрии с добавлением патрубков……………………………………………………...…12
|
|
|
Исследование двухслойного течения полимерных материалов в трехмерной постановке………………………………………………………………………..16
Вывод……………………………………………………………………….……19
Задание на курсовую работу
Необходимо провести исследования двухслойного течения полимерных материалов в осесимметричной и трехмерной постановках. Определить оптимальное количество разбиений и выяснить влияние изменённой геометрии канала на течение полимера. А так же провести сравнительный анализ второй и третьей моделей.
Литературный обзор
Для решения данной задачи был использован пакете ANSYS, а именно такие программные средства, как: CFX 15.0. и Polyflow 15.0.
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, Advancing Front, 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.
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;
-точная настройка параметров решателя и постобработка;
-интеграция с платформой ANSYS Workbench.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТОЙ ГЕОМЕТРИИ КАНАЛА.
Был построен канал с жилой и заданы следующие граничные условия:
|
|
|
|
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 | 0.32 | 0.30 |
| Плотность, g кг/м3 | 1000 | 750 |
| Теплоёмкость, с Дж/(К*кг) | 1500 | 2500 |
| Теплопроводность, λ Вт/(м*К) | 0,28 | 0,17 |
| Начальная вязкость, μ0 | 14000 | 10000 |
Зависимости скорости и температуры от количества элементов сетки приведены на графиках 1 и 2.
График 1. Зависимость скорости от количества элементов сетки
График 2. Зависимость температуры от количества элементов сетки
Результаты расчётов приведены в таблице 2.
Таблица 2. Результаты
| Количество элементов, N | I слой | II слой | ||
| Т, К | V , м/с | Т, К | V , м/с | |
| 342 | 448,8 | 0,4984 | 438,6 | 0,498 |
| 1122 | 449,6 | 0,4997 | 440 | 0,4996 |
| 2352 | 450 | 0,4989 | 440 | 0,4985 |
| 4032 | 450 | 0,4991 | 440 | 0,4987 |
| 15252 | 450 | 0,4936 | 440 | 0,4904 |
Из полученных графиков, можно сделать вывод, что оптимальное количество разбиений, при котором температура становится неизменной = 2352 элементов.
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
|
По полученным результатам построены 3 графика зависимости скорости от высоты канала кабельной головки, и три графика зависимости температуры от высоты канала. Зависимости скорости от высоты представлены на графиках: 3 – на входе канала, 4 – в середине канала и 5 – на выходе из канала.
График 3. Зависимость скорости от высоты канала на входе
График 4. Зависимость скорости от высоты канала в середине
График 5. Зависимость скорости от высоты канала на выходе
Зависимости температуры от высоты канала кабельной головки показаны на графиках: 6 – на входе канала, 7 – в середине канала и 8 – на выходе из канала.
Рис.6 График зависимости температуры от высоты канала на входе
Рис.7 График зависимости температуры от высоты канала в середине
Рис.8 График зависимости температуры от высоты канала на выходе
По результатам исследования была построена зависимость температуры от количества элементов сетки и выбрано оптимальное количество элементов равное 2352.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 115; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!