CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG
5.1) Mô phỏng truyền nhiệt và dòng chảy trong buống sấy.
Yêu cầu: Vận tốc dòng tác nhân sấy đi vào buống sấy là 3 m/s với nhiệt độ là 35oC, các băng tải được làm từ vật liệu có nhiệt độ 35oC, nhiệt dung riêng: c = 3,53 kJ/kg độ, hệ
số dẫn nhiệt: λ
= 0,59 W/m.K. Kiểm nghiệm nhiệt độ tác nhân sấy đầu ra của buồng và vận tốc của dòng tác nhân sấy.
5.1.1) Lập mô hình cần mô phỏng tính toán.
_Ta thiết lập mô hình buồng sấy với kích thước + Cao 2,8 m
+ Rộng 1,5 m + Dài 1,5 m
+ Các vật liệu sấy dạng lưới cách nhau 0,36 m
Hình 5.1 mô hình buồng sấy
5.1.
2) Tiến hành chia lưới phần tử hữu hạn cho hệ thống .
_Khi chia lưới chú ý để các mặt tiếp xúc với khối cần phải chia kích thước cho thích hợp để tăng độ chính xác cũng như không bị lỗi interface.
Hình 5.2 mô hình buồng sấy sau khi chia lưới _Sau khi chia lưới tiến hành thiết lặp các Object:
+ Khối tác nhân sấy (Fluid domain) + Bề mặt vô của tác nhân sấy (Inlet) + Bề mặt ra của tác nhân sấy (Outlet) + Bề mặt của vật liệu sấy (wall dry) + Khối vật liệu sấy (dry)
Hình 5.3 thiết lặp các Object sau khi chia lưới
5.1.
3) Tiến hành thiết lập điều kiện biên của bài toán.
_Chọn Steady: chỉ tính hệ thống ở trạng thái ổn định _Thiết lập gia tốc trọng trường 9,81 m/s2
Hình 5.4 thiết lập các điều kiện
_Cài đặt thông số vận tốc và nhiệt độ của tác nhân sấy và bề mặt vật liệu sấy
Hình 5.5 thiết lập các điều kiện
Hình 5.6 thiết lập các điều kiện
Nhiệt độ bề mặt của vật liệu sấy là 35oC
_Thiết lập mô hình toán: Cơ sở lý thuyết:
+ Kích hoạt bài toán phương trình năng lượng do bài toán truyền nhiệt ( thermal tranfer)
+ Độ nhớt động học theo lớp (Viscous – Laminar ) và độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ (Visous- heating)
+ Thành các vật rắn (solid ) làm các lớp lưu chất trượt lên nhau để giảm tài nguyên máy tính và đảm bảo độ ổn định cho hệ thống ( Slip wall )
_Xem xét dòng chất lỏng trên một tấm phẳng, như thể hiện trong hình bên dưới. Biên dạng vận tốc đồng đều chạm vào cạnh hàng đầu của thành vật rắn, và một lớp ranh giới nhiều lớp bắt đầu phát triển. Dòng chảy trong khu vực này rất dễ doán do dòng chảy tầng. Sau một khoảng cách nào đó, các dao động hỗn loạn nhỏ bắt đầu phát triển trong lớp biên và dòng chảy bắt đầu chuyển sang trạng thái chảy rối , cuối cùng trở thành chảy rối hoàn toàn.
Hình 5.7 thiết lập mô hình tính toán
_Sự chuyển đổi giữa ba vùng này có thể được xác định theo số Reynolds
_Đó là mật độ chất lỏng; vận tốc; chiều dài đặc trưng (trong trường hợp này là khoảng cách từ cạnh hàng đầu); và là độ nhớt động lực học của chất lỏng.
Hình 5.8 thiết lập mô hình tính toán
k động năng chảy rối
ε (epsilon), tốc độ tiêu tán của động năng nhiễu loạn.
_Các chức năng Wall được sử dụng trong mô hình này, do đó dòng chảy trong vùng đệm không được mô phỏng. Mô hình k-ε trước đây rất phổ biến cho các ứng dụng công nghiệp do tốc độ hội tụ tốt và yêu cầu bộ nhớ tương đối thấp. Nó không tính toán chính xác các trường dòng chảy thể hiện độ dốc áp suất bất lợi, độ cong mạnh đối với dòng chảy, hoặc có dòng hồi ngược. Nó hoạt động tốt đối với các vấn đề về dòng chảy bên ngoài xung quanh các hình học phức tạp.Các mô hình nhiễu loạn được đều là phi tuyến tính hơn so với mô hình k-ε và chúng thường có thể khó hội tụ trừ khi có một dự đoán ban đầu tốt. Mô hình k-ε có thể được sử dụng để đưa ra một phỏng đoán ban đầu tốt. _Kiểm nghiệm kết quả tính toán: chọn phương pháp tính ( Green- Gause cell based ) cho dạng bài toán phi tuyến
_Chọn tần số tính toán là 50.
Hình 5.9 Mô hình k-ε
Ta có thể thấy các đường tính toán có độ hội tụ cao và ổn định trong hệ thống 5.1.4) Kiểm nghiệm kết quả tính toán mô phỏng.
_Chúng ta chỉ mới xét tới trọng lực chưa xét tới tính đối lưu của không khí và áp suất quạt thổi, quạt hút đồng thời kết quả sự chảy rối của không khí không thể xác định được nên kết quả chỉ có thể tham khảo không tính chính xác được.
Hình 5.10 mô phòng dòng không khí trong buồng sấy
Vận tốc không khí đầu ra từ 2-3 m/s
_Nhiệt độ tác nhân sấy phân bố không đều ở output.
_Giá trị trung bình trong buồng sấy của tác nhân sấy là 50-60oC
_Đây ta chỉ mô phỏng ở trạng thái steady ( ổn định ) và chưa tính đến thất thoát ra bên ngoài theo thời gian (dt) nên nhiệt độ này là chấp nhận được.
Do đó giá trị mô phỏng gần giống với giá trị tính toán. Việc mô phỏng chỉ mang ý nghĩa kiểm tra tham khảo cần được chứng minh bằng thực nghiệm để ra kết quả chính xác hơn.