Cán b 瓜 j逢噂 ng d 磯 n khoa h 丑 c: PGS. TS Thái Th 鵜 Thu Hà
4.1.1Quá trình chuy 吋 n pha
4.1 %怦"œ恚 lý thuy 忱 t
4.1.1Quá trình chuy 吋 n pha
Ba tr衣ng thái ph鰻 bi院n nh医t c栄a v壱t ch医t mà chúng ta g員p ph違i hàng ngày là r逸n, l臼ng và khí.S詠 chuy吋n t瑛 m瓜t tr衣ng thái này sang m瓜t tr衣ng thái khác g丑i là s詠 chuy吋n phạ
Hình 4.1 S挨"8欝 chuy吋n pha
A吋8k"v瑛 ch医t r逸n v噂i ch医t l臼pi"*8吋 khí) (các m k"vên 荏 bên trái c栄a hình 4.1) ta ph違i
v<pi"8瓜pi"p<pi"*Mkpgocvke"Gpgti{+"e栄a ch医v"p {"ejq"8院n khi các l詠e"n逢嬰ng liên k院t các phân t穎 c栄a ch医t này b鵜 phá v叡.
Luｆp"x<p"vjＴc s
S詠 chuy吋n pha liên quan t噂i s詠vtcq"8鰻i nhi羽t c栄a h羽 th嘘ng. Ví d映 khí chuy吋n tr衣ng thái t瑛 m瓜v"rjc"e»"8員e"8院p" v"e»"8員e"j挨p."j羽 s胤 ph違i h医p th映 thêm nhi羽v"8瓜0"Pi逢嬰c l衣i, h羽 ph違i phát tán nhi羽v"8瓜.
Ví d映 ch医t r逸p"vtqpi"8k隠u ki羽n áp su医v"mj»pi"8鰻k"x "8逢嬰c gia nhi羽v"8隠w"8員n, các phân t穎 liên t映e" e„" 8逢嬰e" 8瓜ng p<pi0" Ew嘘i cùng các phân t穎 e„" 8栄 p<oi" n逢嬰pi" 8吋
chuy吋n sang tr衣pi"vjƒk" v"e»"8員e"j挨p"*vj吋 l臼ng). T衣i th運k"8k吋o"p {."8瓜pi"p<pi"*pjk羽t
8瓜+"8cpi"8逢嬰e"vjc{"8鰻i thành n瓜k"p<pi"mjk"n詠c liên k院t gi英a các ph亥n t穎 b鵜 phá v叡 và các phân t穎 b逸v"8亥u chuy吋p"8瓜ng t詠 do j挨p0"Fq"8„."swƒ"vtình gia nhi羽t này x違y ra v噂i m瓜t m泳e"8瓜 v瑛c"8栄8吋 nhi羽v"n逢嬰pi"8逢嬰c cung c医p 鰻p"8鵜nh.
Hình 4.2 Quá trình chuy吋n pha
Hình 4.2 8逢運ng cong nhi羽t cho th医y nhi羽v"8瓜 c栄a m瓜t ch医t tinh khi院v"mjk"8逢嬰c gia nhi羽t m瓜v"eƒej"8隠w"8員p"vtqpi"8k隠u ki羽n áp su医v"mj»pi"8鰻ị Nh英pi"p挨k"o "pjk羽v"8瓜
v磯p"mj»pi"8鰻i trong m瓜t kho違ng th運i gian cho th医y s詠 chuy吋n pha x違y ra và nhi羽t b鰻 uwpi"8逢嬰c s穎 d映ng h院t b荏i các phân t穎 mjk"ej¿pi"vjc{"8鰻i phạ Nh英pi"p挨k"mjƒẹ"p挨k"
mà nhi羽v"8瓜 v<pi"nk‒p"v映c. Do khơng có s詠 chuy吋n rjc"p‒p"n逢嬰ng nhi羽t thêm vào làm
v<pi"8瓜pi"p<pi"e栄a các phân t穎. Vì v壱y, ch医v"p {"e„"jck"ikck"8q衣p"vjc{"8鰻i, m瓜t t瑛 r逸n v噂i l臼ng (nhi羽v" 8瓜 nóng ch違y) và gi英a ch医t l臼ng và khí (b嘘e" j挨k+0" N逢w"ý r茨ng các
8逢運ng d嘘c c栄c"ikck"8q衣n r逸n, l臼ng, khí nhi羽v"8瓜 theo th運k"ikcp"*p<pi"n逢嬰ng) 荏 m厩k"p挨k"
Luｆp"x<p"vjＴc s
Chúng ta có th吋 swcp"uƒv"8逢嬰c s詠 bi院p"8鰻i c栄a nhi羽v"8瓜 theo th運k"ikcp"swc"8欝 th鵜. Trong các quá trình ch違y d飲o và sôi, nhi羽v"8瓜n "mj»pi"8鰻i khi ta c医p nhi羽v"n逢嬰ng vàọ
N院w"vc"zƒe"8鵜pj"eƒe"ikck"8q衣n c栄a m瓜t ch医t b茨ng m瓜t hàm theo nhi羽v"8瓜 và áp su医t, ta có th吋zƒe"8鵜pj"8逢嬰c 泳ng x穎 c栄a chv"80"Fk"8Ơ{"n "u"8 pha c栄a nh詠a ABS [15]
Hình 4.3 Quá trình chuy吋p"rjc"pj逢c"CDU"vtqpi"嘘ng hố l臼ng
Khi s嬰i v壱t li羽w"8k"zw嘘ng trong 嘘ng hố l臼ng có r衣ng thái r逸p."ucw"8„"8逢嬰c gia nhi羽v"8院n tr衣ng thái nóng ch違ỵ Q trình tan ch違{"8k"v瑛 ngồi vào trong và k院t h嬰p v噂i chuy吋p"8瓜pi"8k"zw嘘ng c栄a s嬰i v壱t li羽u t衣o ra biờn dng hỡnh parabol nh"jỡnh 4.3.
4.1.22"òứỡnh ắ"ỉng
Enthanpy l nhi羽v"n逢嬰ng mà h羽vtcq"8鰻i trong quá trình 8鰯ng áp, là m瓜t hàm tr衣ng thái nhi羽v"8瓜ng c栄a h羽 nhi羽v"8瓜ng. Enthanpy là s詠 bi院n thiên nhi羽v"n逢嬰ng khi m瓜t mol c栄a m瓜t ch医t ph違n 泳ng hồn tồn v噂i ơxy 荏 4;:"8瓜 Mgnxkp"x "3"cvo0"Gpvjcpr{"8逢嬰c gi噂i thi羽u trong công th泳e" 8逢c" tc" d荏i nhà v壱t lí Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes nh英pi"p<o"8亥u th院 k雨 20, N院w"mj»pi"e„"vƒe"8瓜ng c栄c"o»k"vt逢運ng ngồi, enthanpy có th吋8逢嬰c vi院v"f逢噂i d衣ng:
殺 = 酸+ ッ殺 [17]
Luｆp"x<p"vjＴc s
酸 = 酸司蚕讃 + 豹 算使参 纂参
参司蚕讃
酸司蚕讃= enthalpy tham chi院u
参司蚕讃= nhi羽v"8瓜 tham chi院u
算使= nhi羽t dung riêng
T益 l羽n逢w"ej医t, 試, có th吋zƒe"8鵜pj"pj逢"ucw< 試=0 n院u 参 < 参史伺残餐纂四史 試=1 n院u 参 > 参残餐刺四餐纂四史 試 = 参貸参史伺残餐纂四史 参残餐刺四餐纂四史貸参史伺残餐纂四史 n院u参史伺残餐纂四史 < 参< 参残餐刺四餐纂四史 Hàm nhi羽t 育n c栄a v壱t li羽u [17], L : ッ殺= 試鯖
Giá tr鵜 hàm nhi羽t 育n có th吋 khác nhau gi英a hai giá tr鵜 là 0 khi là v壱t li羽w"8cpi"荏
d衣ng r逸n và L khi 荏 tr衣ng thái l臼ng.
Nhi羽v"8瓜 tr衣ng thái r逸n và tr衣ng thái l臼ng có th吋8逢嬰c vi院v"pj逢"ucw"]46̲<"
solidus melt i i i solutes liquidus melt i i solutes T T K m Y T T m Y ? - ? - Â Â
Vtqpi"8„<"Mi là h羽 s嘘 rjƠp"8qp"ejq"dc gi違i th泳 i, là t雨 l羽 dịng v壱t li羽u r逸n trên v壱t li羽u l臼ng, Yi n "n逢嬰ng v壱t li羽u tan ch違y 荏 d逢噂c gi違i th泳 i, mi n "8瓜 d嘘c b隠 m員t dòng ch医t l臼pi"v逢挨pi"泳ng v噂k"n逢嬰ng tan ch違y Yi.
A嘘i v噂i quá trình chuy吋n pha t瑛 tr衣ng thái r逸n sang l臼pị" rj逢挨pi" vtình n<pi" n逢嬰pi"8逢嬰c vi院v"pj逢"ucw< 示 示嗣(持殺) + 詞.(持士屎屎王殺) = 詞.(暫詞参) + 傘 持 =tr丑pi"n逢嬰ng riêng c栄a v壱t li羽u 士屎屎王=v壱n t嘘e"n逢w"ej医t S= m泳e"p<pi"n逢嬰ng ngu欝n H = enthalpy 4.1.3 Nhi羽t tr荏
Luｆp"x<p"vjＴc s
Trong q trình nóng ch違y c栄a v壱t li羽u s詠 hi羽n di羽n c栄a m瓜t kho違ng h荏 khơng khí gi英a thành và v壱t li羽u r逸n, kho違pi"eƒej"p {"n o"vjc{"8鰻i tr衣ng thái truy隠n nhi羽t gi英a thành 嘘ng và dòng l逢w"ej医t. Fq"8„CPU[U"Hnwgpv"u穎 d映ng m瓜t d衣ng nhi羽t tr荏 b鰻
sung gi英a thành và v噂i ph亥n ch医t l臼ng có giá tr鵜 nh臼j挨p"30"Pjk羽t tr荏 ti院p xúc này thay
8鰻k"8瓜 d磯n nhi羽t c栄a ch医t l臼ng g亥n thành. Nhi羽t thơng v噂i mơ hình th吋 hi羽n trong hình
606"8逢嬰c vi院v"pj逢"ucw<" w ( ) ( / C(1 )) T T q l k R d / ? - /
Vtqpi"8„<"V."Vwx "n"8逢嬰c ch雨tc"pj逢"jình 4.4, k là h羽 s嘘 truy隠n nhi羽t c栄a dịng
n逢w"ej医v." "nà th吋 tích c栄a ph亥p"n逢w"ej医v"8ã hố l臼ng, và Rc là nhi羽t tr荏 ti院r"z¿e"e„"8挨p"
v鵜 là ngh鵜ej"8違o c栄a h羽 s嘘 d磯n nhi羽t.
Hìn 4.4 Nhi羽t tr荏 c栄a thành và dòng l逢w"ej医t
ね な ね".Ш"˚̶οt phi newton
N逢w"ej医v"rjk"pgyvqp"n "eƒe"n逢w"ej医t có 泳ng su医t ti院p khơng t雨 l羽 thu壱n v噂i su医t bi院n d衣ng.
Tính nh噂t :
- v : 永ng su医t ti院r."""8挨p"x鵜 N/m2 = Pa (SI)
- o<"A瓜 nh噂t tuy羽v"8嘘k"jc{"8瓜 nh噂v"8瓜ng l詠c h丑c, hay g丑i t逸v"n "8瓜 nh噂t - p = o/ t<"A瓜 nh噂v"8瓜ng h丑c
du dy
Luｆp"x<p"vjＴc s
A瓜 nh噂v"8瓜ng h丑c là m瓜v"8員c tính c栄a n逢w"ej医v"nk‒p"swcp"8院n 泳ng su医t ti院p và chuy吋p"8瓜ng c栄c"n逢w"ej医v"8„0"X噂k"n逢w"ej医v"Pgyvqp."8瓜 nh噂t là h茨ng s嘘 ph映 thu瓜c lo衣i
n逢w"ej医t.
A瓜 nh噂v"rjk"pgyvqp"n "n逢w"ej医v"e„"8瓜 nh噂v"vjc{"8鰻i:
‚ A瓜 nh噂t c栄a ch医t l臼ng gi違m khi nhi羽v"8瓜v<pi" ‚ A瓜 nh噂t c栄a ch医t khí t<pi"mjk"pjk羽v"8瓜v<pi ‚ A瓜 nh噂v"" v"vjc{"8鰻i theo áp su医t
A嘘i v噂i nh詠a ABS là dịng l逢w"ej医v"rjk"pgyvqp"8逢嬰c mơ t違 vjgq"rj逢挨pi"vtình hàm s嘘 m "pj逢"ucw"]38̲<" 0/ 1 T T n k e j ? i$ /
Trong ANSYS Fluent cho phép nh壱p giá tr鵜 power law 荏 m泳c gi噂i h衣n trên và gi噂i h衣p"f逢噂k"vjgq"rj逢挨pi"vtình sau: 0/ 1 min max T T n k e j > ?j i$ / >j
Vtqpi"8„<"m."p"V0, jmin và jmax là giá tr鵜 nh壱r"x q"ej逢挨pi"vtình, k là giá tr鵜 trung bình c栄c"8瓜 nh噂t c栄a dòng l逢w"ej医t (h羽 s嘘 8瓜 s羽t), n là giá tr鵜 8瓜 l羽ch so v噂k"n逢w"ej医t newton (power law index), T0 là nhi羽v"8瓜 tham chi院ụ jminvàjmax là gi噂i h衣p"f逢噂i và gi噂i h衣n trên c栄a power lay0"A嘘i v噂i nh詠a ABS có giá tr鵜 power law index t瑛 0.2-0.37 [24].
4.2. Xây d詠ng bài tốn
4.2.1 Xây d詠ng mơ hình CAD
Nh茨m th詠c hi羽n quy trình phân tích dịng ch違y c栄a dịng v壱t li羽u trong 嘘ng hố l臼pi"vt‒p"8亥w"8́p"e栄a máy FDM, m瓜t mơ hình CAD 8逢嬰c xây d詠pi"pj逢 hình 4.5 v噂i các thơng s嘘 hình h丑e"pj逢"ucw< - A逢運pi"m pj"kpngv"*8亥u vào): D = 1,75 mm - A逢運pi"m pj"qwvngv"*8亥u ra): d = 0,5 mm - Chi隠w"f k"8q衣n tr映: L1 = 54 mm - Chi隠w"f k"8q衣n côn: L2 = 1.5 mm - Chi隠w"fck"8q衣n tr映: L3 = 0.5 mm
Luｆp"x<p"vjＴc s
- Chi隠u dài ph亥n gia nhi羽t: 20 mm
Hình 4.5 Mơ hình 2D và 3D trong ANSYS
Mơ hình 嘘ng hố l臼ng trong ph亥n m隠o"CPU[U"xgtukqp"36"ejq"pj逢"jình 4.5, 8Ơ{"
l mụ hỡnh s穎 d映ng xuyên su嘘t trong quá trình th詠c hi羽n mô ph臼pi"zƒe"8鵜nh các thông s嘘8́p."zƒe"8鵜nh ph違n l詠c tác d映ng lên s嬰i v壱t li羽w."zƒe"8鵜nh s詠vƒe"8瓜ng c栄a vi羽c thay
8鰻k"8逢運ng kính mi羽pi"8亥u phun lên quá trình 8́p"x壱t li羽ụ
4.2.2 Ejkc"n逢噂i
T衣q"n逢噂i là m瓜t trong nh英ng khía c衣nh quan tr丑ng nh医t c栄a k悦 thu壱t mơ ph臼ng. Q nhi隠u ơ có th吋 d磯p"8院n quá trình gi違i s胤 m医t nhi隠u th運i gian và có q ít d磯p"8院n các k院t qu違 khơng chính xác. Cơng ngh羽ejkc"n逢噂i c栄a ANSYS cung c医p công c映 chia
n逢噂i thông minh và phù h嬰p nh医t cho t瑛ng mơ hình phân tích.
Ki吋u ph亥n t穎 8逢嬰c ch丑p"vtqpi"vj逢"xk羽n ph亥n t穎 c栄a Ansys, vk‒w"ej "8吋 ch丑n ki吋u ph亥n t穎 này tùy thu瓜e"x q"m ej"vj逢噂c, hình d衣ng k院t c医u, d衣ng t違i tr丑ng tác d映pị"8瓜
chính xác c亥p"v pj0"A嘘i v噂k"vt逢運ng h嬰p mơ hình 8́p"x壱t li羽u ch違y d飲o, do trong quá trình ch違y d飲o và chuy吋n pha, thu瓜c tính v壱t li羽w"vjc{"8鰻k0"Fq"8„"ej¿pi"vc"e壱p nh壱t thông s嘘 v壱t li羽u theo tr衣ng thái c栄a quá trình.
Luｆp"x<p"vjＴc s
Hình 4.6 L逢噂i 8亥u 嘘ng hố l臼ng
Hình 4.7 L逢噂i 嘘ng gia nhi羽t
Luｆp"x<p"vjＴc s
/ T鰻ng s嘘 node: 56137
/ T鰻ng s嘘 element: 46144
/ Vi羽e"ejkc"n逢噂k"vtqpi"eƒe"d k"vqƒp"n逢w"ej医t r医t quan tr丑ng, v噂k"eƒe"n逢噂i không t嘘t
*8ƒpj"ikƒ"f詠a vào tiêu chu育p"n逢噂i Skewness) 違pj"j逢荏ng r医t l噂n t噂i k院t qu違. Tiêu chu育n
n逢噂k"Umgypguu"8ƒpj"ikƒ"f詠c"x q"m ej"vj逢噂c hình h丑c c栄a các ph亥n t穎0"N逢噂i t嘘t khi h羽
s嘘 Skewness trong kho違ng t瑛2"8院n 0.5. Mơ hình 8逢嬰e"ejkc"n逢噂i có h羽 s嘘 Skewness trung bình là 0.190, h羽 s嘘 này cho th医y k院t qu違ejkc"n逢噂i là t嘘v"x "8違m b違o chính xác k院t qu違 mơ ph臼ng.
4.2.3Thơng s嘘 v壱t li羽u
Dịng v壱t li羽u ABS nóng ch違ylà dịng l逢w"ej医t phi Newton có các thơng s嘘 v壱t lý, các thông s嘘 8亥u vào c栄a v壱t li羽u ABS [18] pj逢"mj嘘k"n逢嬰ng riêng, nhi羽t dung riêng...
8逢嬰c trình bày trong B違pi"f逢噂i dây:
H茨 s咽 9飲ﾐ" 鰯 ABS R医n Kh咽ｷ"ﾉ吋陰ng riêng kg/ m3 1050
9引 b溢n nén MPa 65
Nhi茨 "U引 nóng ch胃y U引"1 175 (4480K) H茨 s咽 d違n nhi茨t W.m-1
.K-1 0.173
Powder index 0.2-0.37
Nhi茨t dung riêng J.kg-1
.K-1 1470
B違ng 4.1 Thông s嘘 v壱t li羽u nh詠a ABS - S穎 d映ng phân tích transient trong ANSYS FLUENT
Luｆp"x<p"vjＴc s
Hình 4.9 Giao di羽n trong Ansys Fluent
- Mơ hình s穎 d映ng mơ ph臼ng q trình chuy吋n phase: Solidification & Melting
Hình 4.10 L詠a ch丑n Model Solidification & Melting
Luｆp"x<p"vjＴc s
Hình 4.12 Thi院t l壱p thơng s嘘 nh詠a ABS
4.3 Mơ ph臼ng hố l臼ng v壱t li羽u trong 嘘ng hố l臼ng
V噂i thơng s嘘 và mơ hình d k"vqƒp"8逢嬰c xây d詠ng trong ph亥n 4.2 nghiên c泳u th詠c hi羽n mơ ph臼ng hố l臼ng v壱t li羽u trong 嘘ng hoá l臼ng. Trong q trình này, 嘘ng hố l臼pi"8逢嬰c gia nhi羽t b荏i b瓜 gia nhi羽v"8衣v"8院n nhi羽v"8瓜 làm vi羽c là 2300C. Khi 嘘ng hoá l臼pi"8衣v"8逢嬰c nhi羽v"8瓜 c亥n thi院t s嬰i v壱t li羽w"8k"zw嘘ng và b鵜 gia nhi羽v"8院n tr衣ng thái