Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Politechnika Poznańska
Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania
Projekt: Metoda Elementów Skończonych
Program: COMSOL Multiphysics 3.4
Prowadzący:
prof. nadzw. Tomasz Stręk
Wykonanie:
Damian Bujak
Dominika Felisiak
Grupa dziekańska: M3
Spis treści:
1.Analiza prze pływu ciepła w chińskim woku.
2. Analiza opływu powietrza na przykładzie lotki.
3. Analiza naprężeń i odkształceń na przykładzie krzesła z obciążeniem 1000 N/m2
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
Model woku z naniesioną siatką – liczba elementów 10531.
Uzyskane wyniki z analizy
a) Rozkład temperatury po 5 min
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/m2
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*109 Pa;
Współczynnik Poissona v=0,3
Gęstość p=720 kg/m2
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.