21 |
Theoretical examination of temperature distribution in an electrical furnace by the study of transient heat conduction effectsBösenecker, Judith January 2023 (has links)
The company Kanthal produces electric heating elements that require high temperature treatment in one production step. In this process step, called sintering, the amount of heat received by the sintered material is in direct correlation to the product’s outcome. It is therefore of interest for the company to gather information about how heat transfer happens in an electrical furnace. This study examines two different possible scenarios of how the heat transfer in the furnace could look like and which amount of heat the sintered material would receive. The relation between a gaseous ambience at a certain temperature and the temperature an object submerged into this ambience is assuming is studied in the process called "transient heat conduction". Two models were built in Matlab, representing transient heat conduction effects on two different geometries: a plane wall and a short cylinder. It could be shown that transient heat conduction effects turned out differently for the two models. The conclusion drawn from the results was that the wall model was susceptible to horizontal heat transfer effects, whereas the cylinder model was affected from all directions equally. Further, an analysis of the heat transfer channels within the furnace revealed that the heat leakage through the furnace muffle edges, which are in contact with air, causes a multiple in heat loss compared to the overall heat leakage.
|
22 |
CFD-simulering av värmeöverföring under upptändningsförlopp av krutraketmotorOlsson Sjögren, Carl-Otto January 2024 (has links)
SAAB Dynamics producerar och utvecklar flertalet produkter som innehåller krutraketmotorer. Krutraketmotorers prestanda är kraftigt beroende av en effektiv upptändning och det är önskvärt att kunna prediktera detta förlopp numeriskt med god noggrannhet. Ingen etablerad simuleringsmetodik existerar i dagsläget. Detta examensarbete är ett första steg mot att undersöka hur anfyrningsförloppet kan modelleras med Computational Fluid Dynamics. Den komersiella mjukvaran Ansys Fluent har använts som simuleringsverktyg. Anfyrningsförloppet är ett transient förlopp och involverar flertalet komplicerade värmeöverföringsmekanismer. Några av de viktigaste mekanismerna är konvektiv värmeöverföring från anfyrningsgaser, värmeledning från anfyrningspartiklar och termisk strålning från både gaserna och partiklarna. Tre modeller presenteras. De modellerar en approximativ geometri från tidigare experimentella undersökningar och simulerar 2,4 millisekunder av anfyrningsförloppet. Inga kemiska reaktioner modelleras. Modell 1 simulerar konvektiv värmeöverföring från heta förbränningsgaser. Modell 2 inkluderar termisk strålning från förbränningsgaserna som modelleras med Planck-medelvärdes absorptionskoefficienter och Discrete Ordinates modellen. Totalt värmeflöde och slutgiltig temperaturfördelning längs krutranden redovisas. Modellerna predikterar liknande värmeflöden och temperaturfördelningar, med något förhöjda nivåer för modell 2. Ett experimentellt uppmätt tryck används för att validera trycknivåer i simuleringarna. Fysikalisk rimlighet av anfyrningsgasens temperatur bedöms även med den adiabatiska flamtemperaturen. Båda modeller presterar väl med avseende på dessa mått. En tredje modell som försöker modellera anfyrningspartiklar med hjälp av Discrete Phase Model presenteras även. Modellen anses inte tillförlitlig då den lider av numeriska problem för det simulerade fallet. Avslutningsvis diskuteras felkällor och fortsatt arbete för samtliga modeller. / SAAB Dynamics produces and develops several products that use solid-propellant rocket engines. The performance of these rocket engines is heavily dependant upon an efficient ignition. It is desirable to be able to predict this sequence numerically with good accuracy. No established simulation methodology exists as of today however. This master thesis is a first step towards the investigation of how the initial ignition sequence can be modelled using Computational Fluid Dynamics. The commercial software Ansys Fluent has been used as a tool for simulation. The initial heat transfer during ignition is a transient sequence and involves several complex heat transfer mechanisms. Some of the most important ones include convective heat transfer from ignition gases, conduction from ignition particles as well as thermal radiation from both the gases and particles. Three models are presented. They model an approximate geometry from earlier experimental investigations and simulate 2.4 milliseconds of the initial ignition sequence. No chemical reactions are modelled. Model 1 simulates convective heat transfer from hot ignition gases. Model 2 includes thermal radiation from the ignition gases that is modelled using Planck-mean absorption coefficients and the Discrete Ordinates model. Total heat transfer rates and final temperature distributions along the surface of the propellant are reported. The models predict similar total heat transfer rates and final temperature distributions, with somewhat elevated levels for model 2. An experimentally measured pressure is used to validate the simulated pressure levels. Physical validity is also evaluated by comparing the temperature of the ignition gas to the adiabatic flame temperature. Both models perform satisfactorily with regards to these metrics. A third model that attempts to model the ignition particles using the Discrete Phase Model is also presented. The model is deemed unreliable due to numerical problems for the simulated case. Finally sources of error and possible future work is discussed.
|
23 |
Prestanda hos värmeväxlande system : Undersökning och utvärdering av värmeväxlare för medicinskt bruk / Performance of Heat Exchange System : Investigation and Evaluation of Heat Exchangers for Medical UseWeman, Sara January 2022 (has links)
Detta examensarbete har genomförts på uppdrag av företaget Sangair i syfte att bidra med kunskap i deras utveckling av en produkt ämnad att behandla sepsis med hjälp av ozon. Sepsis är en av de ledande dödsorsakerna i världen och behandlas idag primärt med antibiotika. På grund av den ökade antibiotikaresistensen efterfrågas nya behandlingsmetoder. Ozon har bakteriedödande egenskaper och det finns goda indikationer på att ozonterapier kan komma att bli ett komplement till antibiotikabehandlingar. För att ozon ska lösas in väl i blod krävs låga temperaturer. Blod kan kylas utanför kroppen med hjälp av värmeväxlare som har till uppgift att överföra värme mellan två fluider. Målet för examensarbetet var att undersöka två värmeväxlare, CSC14 och BCD Vanguard från tillverkaren Sorin Group för att utvärdera deras kapacitet att kyla blod till temperaturer lägre än 12 °C. Som en del i målet undersöks värmeväxlarnas effektivitet i flödesintervallet 80–150 ml/min, samt förhållandet mellan den önskade temperaturen och den uppnådda temperaturen i processen. Arbetet utfördes primärt genom flertalet tester där ett system med värmeväxlare kopplades upp. Vid genomförandet av testerna användes mjölk för att simulera blodets egenskaper. Inställningen för kylaren var den parameter som hade störst påverkan på temperaturen som mjölken kunde kylas till. Skillnaden mellan den önskade och den uppmätta temperaturen var större ju närmre 0 °C kylartemperaturen kom. Testerna visade att CSC14 inte fungerar optimalt vid låga flödeshastigheter och därför ansågs denna inte lämplig för vidare tester. BCD Vanguard har en god effektivitet inom flödesintervallet där effektiviteten ökar med flödeshastigheten. / This thesis work was carried out on behalf of the company Sangair with the purpose of contributing to their product development where they are designing a medical device for treating sepsis using ozone. Sepsis is one of the leading causes of death worldwide and is primarily treated using antibiotics. Due to the increase in antibiotic resistant bacteria new treatment methods must be developed. Ozone is bactericidal and may serve as a complement to antibiotic treatments. The solubility of ozone in blood increases with decreasing temperatures. Heat exchangers, which transfer heat between two fluids, can be used to cool the blood outside the human body. The goal for this thesis work was to investigate two heat exchangers, CSC14 and BCD Vanguard, both manufactured by Sorin Group. The objective was to evaluate their respective capacity to cool blood to temperatures below 12 °C. The efficiency of the heat exchangers for flow rates ranging from 80—150 ml/min and the relationship between the desired temperature and the actual temperature were evaluated. Multiple tests were performed with heat exchangers connected in a simple system. Milk was used to simulate the properties of blood. The settings of the cooling unit had the greatest effect on the achieved cooling. Differences between the desired and the measured temperature were greater the closer to 0 °C the cooler was set. The test unveiled that CSC14 does not perform well at low flow rates and thus no further testing was done using that heat exchanger. The BCD Vanguard was shown to have a high efficiency in the desired interval with performance increasing with increasing flow rates.
|
24 |
En jämförelsestudie av värmeväxlare : Värmeöverföring för värmeväxlare i korrosiva miljöerParment, Rasmus January 2018 (has links)
Det finns stora vinningar att göra inom både transport- och industrisektorn genom att effektivisera materialanvändningen i produkter. Denna vinning återfinns i både materialkostnader och energieffektivisering. Scandymet AB är ett företag som tillverkar värmeväxlare och elektriska doppvärmare för ytbehandlingsindustrin. Denna rapport syftar till att utvärdera hur väl ett kalkylark som används som underlag för dimensionering av värmeväxlare hos företaget stämmer överens med verkligheten. En testrigg har därför konstruerats för att undersöka kalkylarkets validitet gällande temperaturer under 46 grader Celsius. I rapporten redovisas resultaten av tester på fyra olika värmeväxlare och resultaten har jämförts med företagets kalkylark. Undersökningarna visar att två av dessa värmeväxlare är överdimensionerade och två värmeväxlare stämde väl överens med kalkylarket. I samtliga tester används vatten som media, men då Scandymet AB värmeväxlares huvudsakliga användningsområde är korrosiva vätskor dras slutsatsen att fler undersökningar med andra fluider skulle behövas för att ytterligare fördjupa kunskapen inom värmeväxlarnas korrekta dimensionering. / There are huge gains in both the transport and industry sectors by making material use more efficient in products. This gain is found in both material costs and energy efficiency. Scandymet AB is a company that manufactures heat exchanger and electric immersion heaters for the surface treatment industry. This report aims to evaluate how well a spreadsheet used as basis for the dimensioning of heat exchangers at the company is consistent with reality. A test rig has therefore been designed and constructed to investigate the validity of the spreadsheet. The report presents the results of tests on four different heat exchangers and the results have been compared with the company’s spreadsheet. In all tests water has been used as the media to be heated, but since Scandymet AB’s heat exchanger’s main application is corrosive liquids, therefore I consider that a deeper investigation with additional fluids would be necessary to further deepen the knowledge in the area.
|
25 |
Förutsättningar för ökad livslängd av sandlåsöverhettare / Conditions for increased life time of superheaters in loop sealsEkström, Alexander January 2018 (has links)
Superheaters suffer large material loss during combustion of waste and biomass, causing a short life time for these expensive components. During combustion, corrosive ash particles are formed and erosion is caused by circulating bed material and sand particles, all contributing to the material loss. This study examines whether corrosion or erosion has the largest effect on this material loss by investigating two superheaters in loop seal during biomass and waste combustion of an 85 MW, Circulating Fluidized Bed (CFB) boiler in Händelö. The samples were investigated by SEM/EDX and XRD with regard to material loss and corrosion products. The superheaters have different thermal conditions since the material temperature in the first superheater that the steam passes is lower than in the one that comes after. In this report, a model to determine the tube temperature in steam boiler superheaters is also described due to the fact that the local tube temperature is of great importance of condensation of corrosive gases such as KCl and NaCl. Material loss was significantly greater on the cooler superheater compared with the warmer. The material temperatures on the outside of the tubes, were calculated to be about 574 °C for the cooler superheater and about 617°C for the warmer superheater. Overall, all analyzes showed low levels of corrosive substances, although there was a certain corrosion tendency, which indicates that material loss of the superheaters is caused by corrosion-assisted erosion. Lower material temperature of the superheater resulted in a higher degree of condensation of corrosive species such as alkali chlorides, which might have accelerated the erosion. The conclusion is that the dominant mechanism of material loss on the superheaters is erosion.
|
26 |
Effektförlustutredning : Effektförlustutredning av en mindre sodapanna tillhörande ett medelstort massabruk, en fallstudie.Drewes, Carl January 2020 (has links)
The industrial sector in Sweden stands for 38 percent of the total energy use. Within these 38 percent the pulp and paper industry stand for about half of the energy use. Due to the extent of the energy use it is important that we do what we can to keep the energy usage as low as possible within our industries. In this bachelor thesis a case study is performed regarding a problem with a recovery boiler which belong to one of Stora Ensos pulp mills in a small town called Skutskär in Sweden. The problem with the recovery boiler is that it does not reach the temperature of the outgoing steam for which the soda boiler was designed, which causes the efficiency to suffer. The problem with the recovery boiler is not sustainable either in terms of energy use or economy. Recovery boiler 6 (RB6) as it is called is one of two recovery boilers belonging to the pulp mill. Both boilers are designed to produce high pressure steam at 56 bar and 450°C. The high-pressure steam produced goes through a back-pressure turbine where the pressure is lowered to the working pressure of the remaining factory while electricity is produced. Steam at a lower temperature results in lower enthalpy, which in turn will affect the electricity generation in the back-pressure turbine. The purpose of the study is to quantify the loss in electricity generation caused by the lack of steam temperature of RB6. As well as investigating the causes of the lack of heat transfer where the goal is to locate the problem area. A literature study was conducted regarding the efficiency of the recovery boiler, where much emphases was placed on the function of the superheater and the soot system. The superheater accounts for about 30 percent of all heat transfer in a recovery boiler and is directly crucial for reaching the final temperature of the steam. In the literature study, among other things, the design and fouling of superheater is studied to see that if affects the heater transfer. Further, the soot system effect on the heat transfer is also studied and it shows that the soot system has a greatly influence of the final heat transfer. The method used to conduct the study is primarily data analysis. The pulp mills internal analysis program WinMops is used in combined with Excel to analyze operational data. First, the magnitude of the problem was investigated by calculating the effect of RB6’s lack of steam temperature on the total enthalpy of the steam reaching the turbine. Calculations were made for electricity generation in normal cases and under the influence of RB6, where the difference was considered as lost electricity generation. Once the size of the problem was determined, the investigation of causes of heat transfer began, with the superheater coming into focus. The results of the case study show that RB6’s lack of steam temperature causes a loss of electricity production equivalent to 7 million SEK in a normal year and a year with a low electricity price, this amount to 3 million SEK. Whit regard to the second investigation, it is very likely that the superheater causes the temperature drop. However, the study shows that the superheater has no smaller heat transfer surface in relation to the other recovery boiler and that the heat transfer rate is also not deviant. The superheater shows a hint of fouling at the same time as the flow of soot steam is slightly lower on RB6, unlike the mill’s other recovery boiler. An interesting phenomenon that emerges in the study is that the tertiary air flow tends to have a greater effect on RB6 outgoing steam flow than expected. / Industrisektorn står för omkring 38 procent av Sveriges totala energianvändning. Av de 38 procenten står pappers- och massaindustrin för omkring hälften av all energianvändning. Eftersom industrin är en omfattande del gällande energianvändningen är det viktigt att åtgärder utförs för att hålla energianvändningen så låg som möjligt. I detta examensarbete utförs en fallstudie gällande ett problem med en sodapanna som tillhör Stora Ensos massabruk i Skutskär. Problematiken med sodapannan är att den inte når upp i den temperaturen på utgående ångan som sodapannan designades för vilket gör att verkningsgraden blir lidande. Problemet med sodapannan är inte hållbart både sett till energianvändning eller ekonomi. Sodapanna 6 (SP6) som den kallas är en av två sodapannor som tillhör massabruket. Båda sodapannorna är designade för att producera högtrycksånga vid 56 bar och 450°C. Högtrycksångan som produceras går via en mottrycksturbin där trycket sänks till arbetstrycken för resterande fabriken samtidigt som el produceras. Ånga vid lägre temperatur medför lägre entalpi vilket i sin tur kommer att påverka elproduktionen i motrycksturbin. Syftet med studien är att kvantifiera förlusten i elproduktion som den bristande ångtemperaturen av SP6 orsakar. Utöver det är syftet även att utreda orsaker till den bristande värmeöverföringen där målet är att lokalisera problemområdet. En litteraturstudie utfördes gällande effektivitet kring sodapannan varvid mycket tyngd lades på överhettarens samt sotningens funktion. Överhettaren står för omkring 30 procent av all värmeöverföring i en sodapanna och är direkt avgörande för att nå sluttemperaturen på ångan. I litteraturstudien studeras bland annat utformning och försmutsning av överhettaren för att se hur det påverkar värmeöverföringen. Vidare studeras sotningens påverkan på värmeöverföringen och även den påverkar i stor grad den slutgiltiga värmeöverföringen. Metoden som används för att genomföra studien är framförallt dataanalys. Massabrukets interna analyseringsprogram WinMops används tillsammans med Excel för att kunna analysera driftdata. Först utreddes storleken på problemet med hjälp av att beräkna hur stor påverkan SP6 bristande ångtemperatur har på den totala entalpin på ångan som når turbin. Beräkningar utfördes för elproduktion vid normalfall och vid påverkan av SP6 varvid skillnaden betraktades som den förlorade elproduktionen. När problemets storlek var fastställt började utredningen kring orsaker till bristande värmeöverföring varvid överhettaren hamnade i fokus. Studiens resultat visar att SP6 bristande ångtemperatur orsakar en elproduktionsförlust som motsvarar 7 miljoner kronor ett normalår och ett år med lågt elpris rör det sig om 3 miljoner kronor. Gällande den andra utredningen är det med stor sannolikhet överhettaren som orsakar temperaturfallet. Däremot visar studien att överhettaren inte har någon mindre värmeöverförande yta i förhållande till den andra sodapannan samt att värmeöverföringstalet är inte heller avvikande. Överhettaren visar en antydan på försmuttning samtidigt som sotångflödet är något lägre på SP6 till skillnad från brukets andra sodapanna. Intressant fenomen som dyker upp i studien är att tertiärluftflödet tenderar att ha en större påverkan på SP6 utgående ångflöde än förväntat.
|
27 |
SENSITIVITY STUDIES ON THE THERMAL MODEL OF A SOLAR STEAM TURBINECALIANNO, LUCA January 2016 (has links)
Förr i tiden, ångturbiner har främst använts för baskraft operation. Numera med den ökade utvecklingen av varierande förnyelsbara är samma ångturbiner motstå högre cykliska operativa system med mer frekvent uppstarter och snabbt föränderliga laster. Som sådan, förbättra den operativa flexibiliteten hos installerade och framtida utformad ångturbiner är en viktig aspekt för att övervägas av utrustning. Ångturbin uppstart är en intressant fas eftersom anses vara den mest intrikata av transienter. Under denna fas kan maskinen potentiellt utsättas för omåttlig termiska spänningar och axiella gnugga på grund av differentiell termisk expansion. Dessa två termiska fenomen antingen konsumera komponent livstid eller kan leda till maskinhaveri om inte kontrolleras noggrant. Som sådan, det finns en balans som skall beaktas mellan ökande turbin uppstart hastighet samtidigt som säker drift och livslängd bevarande av dessa maskiner. För att förbättra den transienta operationer av ångturbiner, blir det viktigt att undersöka deras termiska beteende under uppstarter. För att göra detta, är det viktigt att ha verktyg som kan förutäga den termiska responsen hos maskinen. I denna avhandling fungerar effekterna av olika aspekter och randvillkor om resultaten av ST3M, en KTH internt verktyg, undersöktes med syfte att förstå hur stor blev deras inverkan på sättet att fånga den termiska beteendet hos turbinen i termer av metalltemperatur och differentiell expansion. En industriell högtrycksturbinen validerades mot uppmätta data och genomförs på en känslighetsanalys; denna analys visade att den geometriska approximation införa fel i resultaten, att användningen av empiriska Nusselt korrelationer ge liknande resultat som den validerade modellen och att håligheten antaganden har en stor inverkan på utvecklingen av expansionsskillnaden. Slutligen har en strategi för att validera någon annan liknande turbin till en av studien fallet föreslås för att ge en vägledning för framtida arbeten i hur att validera en modell och vilka är de mest inflytelserika parametrar att ta hand om. / In the past, steam turbines were mostly used for base load operation. Nowadays, with the increased development of variable renewable technologies, these same steam turbines are withstanding higher cyclic operational regimes with more frequent start-ups and fast changing loads. As such, improving the operational flexibility of installed and future designed steam turbines is a key aspect to be considered by equipment manufacturers. Steam turbine start-up is a phase of particular interest since is considered to be the most intricate of transient operations. During this phase, the machine can potentially be subjected to excessive thermal stresses and axial rubbing due to differential thermal expansion. These two thermal phenomena either consume component lifetime or can lead to machine failure if not carefully controlled. As such, there is a balance to be considered between increasing turbine start-up speed while ensuring the safe operation and life preservation of these machines. In order to improve the transient operation of steam turbines, it becomes important to examine their thermal behavior during start-up operation. To do that, it is important to have tools able to predict the thermal response of the machine. In this thesis work the impact of different aspects and boundary conditions on the results of ST3M, a KTH in-house tool, were investigated with the aim of understanding how large was their impact on the way to capture the thermal behavior of the turbine in terms of metal temperature and differential expansion. A small industrial high pressure turbine was validated against measured data and implemented on a sensitivity study; this analysis showed that the geometrical approximation introduce errors in the results, that the use of empirical Nusselt correlations give similar results to the validated model and that the cavity assumptions have a large impact on the trend of the differential expansion. Lastly, a strategy to validate any other similar turbine to the one of the study case was proposed in order to give a guide to future works in how to validate a model and what are the most influent parameters to take care of.
|
28 |
Thermal Physical Properties of Söderberg Electrode MaterialRigas, Konstantinos January 2019 (has links)
Söderberg electrodes take part in the production of ferroalloys, copper, nickel, platinum, and calcium carbide. They are involved in a continuous and with low costs operation. The study of such electrodes is essential, since research and new findings will provide us with vital information regarding the operation of such furnaces leading to a more efficient production. Therefore, the study of Söderberg electrodes materials characteristics is of great importance. The current work refers to the thermal properties of Söderberg electrode paste by focusing on the thermal conductivity coefficient from room temperature up to 800 °C with the Transient Plane Source (TPS) method applied to an electrode paste material with softening point at 65°C. Another electrode paste with higher softening point at 90 °C and an already baked material are studied to some extent. The study gives significant results for the thermal conductivity coefficient for all the investigated cases. Results indicate variation of coefficients regarding the phase evolved during heating at different temperatures. In principle, thermal conductivity of the green paste with low softening point decreases until 400°C and increases after the baking point which is found in between 400-500°C. A few measurements for the green paste with higher softening point indicate the same trend. For the case of the fully baked electrode, thermal conductivity seems to keep an increasing trend according to temperature increase. On the two last mentioned materials, more experimental work will be conducted in future. / Söderberg-elektroder används till produktionen av ferrolegeringar, koppar, nickel, platina och kalciumkarbider. De är involverade i kontinuerliga och lågkostnadsoperationer. Studien av sådana elektroder är väsentlig eftersom forskning och nya fynd kommer att ge oss viktig information om driften av sådana ugnar vilket leder till en effektivare produktion. Därför är studien av Söderberg-elektrodens materialegenskaper av stor betydelse. Det nuvarande arbetet refererar till de termiska egenskaperna hos Söderberg-elektrodpastan genom att fokusera på den termiska konduktivitetskoefficienten från rumstemperatur upp till 800°C med den TPS-metoden (Transient Plane Source) tillämpad på ett elektrodpasta-material med en mjukningspunkt vid 65°C. En annan elektrodpasta med en högre mjukningspunkt vid 90°C samt ett redan bakat material studeras även till viss del. Studien ger signifikanta resultat för värmeledningsförmågan för alla undersökta fall. Resultaten indikerar på variationer av koefficienterna gällande fasen som utvecklas under uppvärmning vid olika temperaturer. I stort sett minskar värmeledningsförmågan hos den gröna pastan med låg mjukningspunkt upp till 400°C och ökar efter bakningspunkten som finns mellan 400-500°C. Några mätningar för den gröna pastan med en högre mjukningspunkt visar samma trend. När det gäller den helt bakade elektroden verkar värmdeledningsförmågan hålla en ökande trend beroende på temeperaturökningen. På de två sistnämnda materialen kommer mer experimentellt arbete att genomföras i framtiden.
|
29 |
CFD Simulation of MQL with low temperature and high-pressure coolantNADELLA, Venkata Raghurama Swaroop January 2018 (has links)
Att använda stora mängder skärvätskor vid en bearbetningsprocess har potentiellt negativ inverkan inte bara för operatören men också på miljön. Utöver detta tillkommer ökade kostnader för tillverkningsprocessen. För att minska skärvätskekonsumtionen under maskinbearbetning införs en teknik som kallas minimalsmörjning(MQL=Minimum Quantity Lubrication) som använder mycket mindre mängd skärvätska men ändå är effektivare än standard kylspolning med skärvätska. Denna avhandling fokuserar på att bestämma konvektionen över ett skär med en konstant värmekälla placerad inuti ett kvadratiskt hölje och beräkningsdomänen för den CFD-modell som presenteras, vilken består av flytande och fasta domäner och interaktion mellan dessa. Möjligheten att använda MQL då lågtemperatur- och högtryckskylmedel appliceras undersöks och hur temperaturen sjunker efter applicering av kylmedel/kylvätskor observeras genom att simulera förhållandena i ANSYS flytande arbetsbänk. Denna tekniks effektivitet bestäms med avseende på huruvida högtrycks- och lågtemperaturkylvätska kan avleda värme och transportera bort spånor från ingreppszonen. Slutligen sammanställs resultaten och därpå dragna slutsatserna. / Employing huge amount of cutting fluids in machining process has potential negative impacts not only to the operator but also to the environment along with increased cost of manufacturing process. To reduce the cutting fluid consumption during machining, a technique called Minimum Quantity Lubrication (MQL) is introduced which uses very less amount of cutting fluid yet being effective than flood cooling. This thesis focuses on determining the convection over a cutting insert with a constant heat source inside a square enclosure and the computational domain of the CFD model presented consists of fluid and solid domains with fluid-solid interaction. The feasibility of MQL using low temperature and high-pressure coolant and observing how temperature is dropping after the application of coolant/coolants by simulating the conditions in ANSYS fluent workbench. The effectiveness of this technique is determined in terms of whether high pressure and low temperature coolant can dissipate heat and remove chips from the cutting interface. Finally drawing conclusion based on results.
|
30 |
Investigation of Roughness Effects on Heat Transfer of Upscaled Additively Manufactured Channels in the Turbulent Region Using Infrared ThermographyWen, Kaibin January 2023 (has links)
Additive manufacturing (AM) has largely improved design freedom compared with traditional manufacturing processes such as casting and milling. The layer-by-layer workflow makes it possible to produce objects with much more complex shapes and structures. This feature is of particular interest for turbine blade manufacturing since internal cooling channels with higher thermal efficiency can be achieved toimprove the overall efficiency of a gas turbine. One feature of AM, especially for Laser Power Bed Fusion (LPBF) working on metal powders, is the relatively large surface roughness (SR), which will affect both heat transfer and pressure loss. Its geometry is also unique with the very randomly distributed spherical-shaped structures. This randomness makes the correlations for heat transfer and pressure loss based on sand grain roughness not applicable anymore. More in-depth research is needed to investigate the roughness effects. In this study, the AM roughness is modelled by a statistical distribution of spheres with different diameters using an upscale ratio of 77.4. An infrared (IR) camera was used to record the temperature distribution on the rough plates subjected to heated airflow. Three Re in the turbulent region (15000, 20000, 25000) were tested and the data from the IR camera were used to calculate the heat transfer coefficient (HTC) on the rough plate through a 3D finite element calibration solver. The results of averaged HTC agree well with data of the real Inconel 939 AM channel from which the upscaled rough plates are modelled. Also, the general patterns of HTC distributions matched the fluid dynamics analysis. Moreover, the results of arranging smooth and rough plates together shows that the heat transfer enhancement from SR is due to both the induced turbulent flows and the increased surface area. / Additiv tillverkning har i hög grad förbättrat designfriheten jämfört med traditionella tillverkningsprocesser som gjutning och fräsning. Att bygga lager för lager gör det möjligt att tillverka föremål med mycket mer komplexa former och strukturer. Denna egenskap är av särskilt intresse för tillverkning av turbinblad eftersom bättre interna kylkanaler kan uppnås för att förbättra den totala verkningsgraden hos en gasturbin. En egenskap hos additiv tillverkning är den relativt stora ytojämnheten, som påverkar både värmeöverföring och tryckförlust. Dess geometri är också unik med mycket slumpmässigt fördelade sfäriskt formade strukturerna. Denna slumpmässighet gör att de korrelationer för värmeöverföring och tryckförlust som baseras på sandkornens grovlek inte längre är tillämpliga. Mer djupgående forskning behövs för att undersöka grovhetseffekterna. I den här studien modelleras den additiva tillverkningens grovhet med en statistisk fördelning av sfärer med olika diametrar med ett uppskalningsförhållande på 77,4. En infraröd (IR) kamera användes för att registrera temperaturfördelningen på de skrovliga plattorna som utsattes för ett uppvärmt luftflöde. Tre Re i det turbulenta området (15000, 20000, 25000) testades och data från IR-kameran användes för att beräkna värmeöverföringskoefficientenpå den grova plattan genom en 3D finita elementkalibreringslösare. Resultaten av den genomsnittliga värmeöverföringskoefficienten stämmer väl överens med data från den verkliga additivt tillverkade Inconel 939-kanalen från vilken de uppskaladeg rova plattorna är modellerade. Även de allmänna mönstren för fördelningen av värmeöverföringskoefficienter stämmer överens med den fluiddynamiska analysen. Dessutom visar resultaten av att arrangera släta och grova plattor tillsammans att värmeöverföringsförbättringen från ytjämnhet beror på både de inducerade turbulenta flödena och den ökade ytarean.
|
Page generated in 0.081 seconds