Disertační práce se zabývá interakcí proudění tekutin s konstrukcí. Zkoumání této problematiky bylo provedeno pomoci numerické analýzy a softwaru ANSYS Polyflow, který využívá metodu konečných prvků. Byla provedena rešerše dané problematiky a teoretický rozbor úlohy, včetně okrajových podmínek. Jsou popsané analytický metody řešení termokinetika tuhnutí. Dále jsou uvedený numerické metody řešení nestacionárního vedení tepla a problematika krystalizace kovu ve formě. Zmínka je o využití simulačních programů pro řešení lití. V rámci řešení problematiky je popis technologického procesu a metodika řešení.
V rámci této práci byly provedené dvě základní analýzy: rovinná analýza interakcí tekutiny s jádrem a prostorová analýza napětí.
Z rozboru napětí na povrchu jádra vyplynulo, že toto překračuje na horní hraně střední části mez pevnosti materiálu ve směru další hrany. Je to způsobeno tím, že tato část jádra je nejdelší dobu ve styku s natékající taveninou. Navíc je do středu této části vyvrtán otvor, do nějž je vstřikováno chladicí medium. To způsobuje výše uvedené vysoké mechanické namáhání.
Na základě zjištěných poznatků byla navržena úprava jádra, místo třídílného bylo navrženo pětidílné. Pro tato jádra byl proveden orientační výpočet povrchových teplot v programu Magmasoft. Výpočet potvrdil předpoklad, že dojde k přerušení tepelného toku a k poklesu rozdílů teplot (mezi maximální a minimální) což v důsledku povede ke snížení mechanického napětí od tepelného namáhání.
Anotace v angličtině
The dissertation is about the interaction of fluid flow with the construction. The solution to this problem was done by means of numerical analysis and ANSYS Polyflow software, which uses the finite element method. It was ready to research the issue and theoretical analysis tasks, including boundary conditions. Analytical methods are described solution thermo kinetics solidification. Numerical methods of non-stationary heat conduction and metal crystallization in form are described below. The mention is about the use of simulation programs for casting solutions. The problem solving is the description of the technological process and the methodology of the solution.
As part of this work were performed two basic analysis: plane analysis of fluid-core interaction and spatial stress analysis.
The stress analysis on the core surface showed that this exceeds the upper edge of the middle part of the strength limit of the material in the direction of the next edge. This is due to the fact that this part of the core is the longest time in contact with the flowing melt. The middle part of the drilled hole into which is injected into the cooling medium. This causes high mechanical stress.
Based on the findings of the core was proposed modification, instead of the three-part was proposed five-part. For these cores was performed tentative calculation of surface temperature program Magmasoft. The calculation confirmed the assumption that there is an interruption of heat flow and to decrease the temperature difference (between the maximum and the minimum), which in turn will reduce the mechanical stress due to heat stress.
Klíčová slova
tepelné namáhání, elastické napětí, gravitační lití, jádro kokily, odlitek
Disertační práce se zabývá interakcí proudění tekutin s konstrukcí. Zkoumání této problematiky bylo provedeno pomoci numerické analýzy a softwaru ANSYS Polyflow, který využívá metodu konečných prvků. Byla provedena rešerše dané problematiky a teoretický rozbor úlohy, včetně okrajových podmínek. Jsou popsané analytický metody řešení termokinetika tuhnutí. Dále jsou uvedený numerické metody řešení nestacionárního vedení tepla a problematika krystalizace kovu ve formě. Zmínka je o využití simulačních programů pro řešení lití. V rámci řešení problematiky je popis technologického procesu a metodika řešení.
V rámci této práci byly provedené dvě základní analýzy: rovinná analýza interakcí tekutiny s jádrem a prostorová analýza napětí.
Z rozboru napětí na povrchu jádra vyplynulo, že toto překračuje na horní hraně střední části mez pevnosti materiálu ve směru další hrany. Je to způsobeno tím, že tato část jádra je nejdelší dobu ve styku s natékající taveninou. Navíc je do středu této části vyvrtán otvor, do nějž je vstřikováno chladicí medium. To způsobuje výše uvedené vysoké mechanické namáhání.
Na základě zjištěných poznatků byla navržena úprava jádra, místo třídílného bylo navrženo pětidílné. Pro tato jádra byl proveden orientační výpočet povrchových teplot v programu Magmasoft. Výpočet potvrdil předpoklad, že dojde k přerušení tepelného toku a k poklesu rozdílů teplot (mezi maximální a minimální) což v důsledku povede ke snížení mechanického napětí od tepelného namáhání.
Anotace v angličtině
The dissertation is about the interaction of fluid flow with the construction. The solution to this problem was done by means of numerical analysis and ANSYS Polyflow software, which uses the finite element method. It was ready to research the issue and theoretical analysis tasks, including boundary conditions. Analytical methods are described solution thermo kinetics solidification. Numerical methods of non-stationary heat conduction and metal crystallization in form are described below. The mention is about the use of simulation programs for casting solutions. The problem solving is the description of the technological process and the methodology of the solution.
As part of this work were performed two basic analysis: plane analysis of fluid-core interaction and spatial stress analysis.
The stress analysis on the core surface showed that this exceeds the upper edge of the middle part of the strength limit of the material in the direction of the next edge. This is due to the fact that this part of the core is the longest time in contact with the flowing melt. The middle part of the drilled hole into which is injected into the cooling medium. This causes high mechanical stress.
Based on the findings of the core was proposed modification, instead of the three-part was proposed five-part. For these cores was performed tentative calculation of surface temperature program Magmasoft. The calculation confirmed the assumption that there is an interruption of heat flow and to decrease the temperature difference (between the maximum and the minimum), which in turn will reduce the mechanical stress due to heat stress.
Klíčová slova
tepelné namáhání, elastické napětí, gravitační lití, jádro kokily, odlitek
Práce bude vypracována dle příkazu děkana č. 5/2016 a dle pokynů školitele.
Zásady pro vypracování
Práce bude vypracována dle příkazu děkana č. 5/2016 a dle pokynů školitele.
Seznam doporučené literatury
[1] Kavička, F.: Termokinetika tuhnutí, ochlazování a ohřevu, Vydavatelství VUT, Brno, 1993, ISBN 80-214-0531-7.
[2] Sazima, M.: Sdílení tepla, SNTL, Praha, 1993, ISBN 80-85341-42-5.
[3] Přibyl, J.: Řízené tuhnutí ocelových odlitků, SNTL, Praha, 1986.
[4] Přibyl, J.: Problémy hutního slévárenství, ODIS, Praha, 1971.
[5] Vejnik, A.: Teplovyje osnovy těorii liťja, Mašgiz, Moskva, 1953.
[6] Vějnik, A.: Termodinamika litejnoj formy, Mašinostrojenie, Moskva, 1968.
[7] Vějnik, A.: Těorija zatvěrděvanija otlivki, Mašgiz, Moskva, 1960.
[8] Vějnik, A.: Ochlažděnije otlivki, Nauka i technika, Minsk, 1969.
[9] Šmrha, L.: Tuhnutí a krystalizace ocelových ingotů, SNTL, Praha, 1983.
[10] Kavička, F.: Termokinetika tuhnutí, Sbírka zadání a příkladů, Vydavatelství VUT, Brno, 1993, ISBN 80-214-0553-8.
[11] Schwarz, C.: Die rechnerische Behandlung der Abku?hlungs und Erstarrunsvorga?nge bei Flu?ssigem Metall, Archiv fur das Eisenhu?ttenwesen, 1931.
[12] Chvorinov, N.: Krystalizace a nestejnorodosti oceli, ČSAV, Praha, 1954.
[13] Příhoda, M., Molínek, J., Quoc, H., Pyszko, R., Simulace tuhnutí a chladnutí předlitku na ZPO, Vysoká škola báňská, Technická univerzita, Ostrava.
[14] Příhoda, M. aj.: Stanovení součinitele přestupu tepla v sekundární oblasti chlazení při
plynulém odlévání oceli, Hutnické listy LIV, 1999, č. 7/8, s. 29-32. ISSN 0018-8069.
[15] Horák, Z.: Praktická fyzika, SNTL, Praha 1976.
[16] Kutateladze, S.: Příručka sdílení tepla, SNTL, Praha, 1962.
[17] Hlousek, J., Kavička, F.: Přestup tepla na styku ingot-kokila, Hutnické listy, 1980.
[18] Hlousek, J., Kavička, F.: Teplotní pole odlitku a vznik staženin, Slévárenství, 1983.
[19] Carslaw, H., Jaeger, J.: Conduction of heat in solids, Nauka, Moskva, 1964.
[20] Skvorcov, A., Akimenko, A.: Teploperedača i zatverdevanije stali v ustanovkach nepreryvnoj razlivki, Metallurgija, Moskva, 1966.
[21] Krajnov, A.: Čislennoje modelirovanie soprjažonnogo teploperenosa i gidrodinamiki pri tečenii vjazkoj nesžimajemoj neizotermičeskoj židkosti v otkrytoj polosti s podvižnymi granicami, Izvestija Tomskogo politechničeskogo universiteta, Tomsk, 2003.
[22] Karnožickij, V.: Kontaktnyj teploobmen v processach liťja, Kiev, 1978.
[23] Schmid, J.: Teplotní pole válcově souměrných prostředí se zdroji tepla libovolného průběhu při okrajových podmínkách, proměnných po obvodu, Aplikace matematiky, 1962, 7(5), 353-374.
[24] Krett, V., Majer, J.: Temperature Field Measurement in the Region of Spacing Elements, Report ZJE-114, Skoda Works Nuclear Power Construction Dept., 1971, Information Center Plzen-Czechoslovakia.
[25] Guljaev, B.: Zatverdevanije i neodnorodnosť stali, Metallurgizdat, Moskva, 1950.
[26] Zavřel, J.: Analysis of Volume Changes of Gravitation Sand Casted Magnesium Alloys.
[27] Balandin, G.: Osnovy teorii formirovanija otlivki, Mašinostrojenie, Moskva, 1976.
[28] Patel, M., Prasad, V., Jayaram, V.: Heat conduction mechanisms in hot pressed ZrB2 and ZrB2-SiC composites, Journal of the European Ceramic Society, 2013.
[29] Zhang, L., Li, L.: Determination of heat transfer coefficients at metal/chill interface in the casting solidification process, Heat and Mass Transfer/Waerme- und Stoffuebertragung, 2013.
[30] Sang, B., Kang, X. aj: Study on macrosegregation in heavy steel ingots, International Journal of Cast Metals Research, 2010.
[31] Vějnik, A.: Teplofizika v litejnom proizvodstvě, Minsk, 1967.
[32] Korti, A.: A numerical simulation of convective flow in the solidification process, International Journal of Computational Methods, 2011.
[33] Elbel, T., Havlíček, F.: Fyzikální modelování tepelných pochodů při tuhnutí a chladnutí odlitků, Sborník vědeckých prací, VŠB Ostrava, 1974, ISSN: 0474-8484.
[34] Kořený, R.: Krystalizace a tuhnutí slévárenských slitin hliníku, VŠB, Ostrava, 1994
[35] Constantinescu, D.: Mathematical model for complex heat transfer between metal and refractory affregate material, Metal Conference proceedings, 2011, ISBN 978-80-87294-24-6.
[36] Ž
Seznam doporučené literatury
[1] Kavička, F.: Termokinetika tuhnutí, ochlazování a ohřevu, Vydavatelství VUT, Brno, 1993, ISBN 80-214-0531-7.
[2] Sazima, M.: Sdílení tepla, SNTL, Praha, 1993, ISBN 80-85341-42-5.
[3] Přibyl, J.: Řízené tuhnutí ocelových odlitků, SNTL, Praha, 1986.
[4] Přibyl, J.: Problémy hutního slévárenství, ODIS, Praha, 1971.
[5] Vejnik, A.: Teplovyje osnovy těorii liťja, Mašgiz, Moskva, 1953.
[6] Vějnik, A.: Termodinamika litejnoj formy, Mašinostrojenie, Moskva, 1968.
[7] Vějnik, A.: Těorija zatvěrděvanija otlivki, Mašgiz, Moskva, 1960.
[8] Vějnik, A.: Ochlažděnije otlivki, Nauka i technika, Minsk, 1969.
[9] Šmrha, L.: Tuhnutí a krystalizace ocelových ingotů, SNTL, Praha, 1983.
[10] Kavička, F.: Termokinetika tuhnutí, Sbírka zadání a příkladů, Vydavatelství VUT, Brno, 1993, ISBN 80-214-0553-8.
[11] Schwarz, C.: Die rechnerische Behandlung der Abku?hlungs und Erstarrunsvorga?nge bei Flu?ssigem Metall, Archiv fur das Eisenhu?ttenwesen, 1931.
[12] Chvorinov, N.: Krystalizace a nestejnorodosti oceli, ČSAV, Praha, 1954.
[13] Příhoda, M., Molínek, J., Quoc, H., Pyszko, R., Simulace tuhnutí a chladnutí předlitku na ZPO, Vysoká škola báňská, Technická univerzita, Ostrava.
[14] Příhoda, M. aj.: Stanovení součinitele přestupu tepla v sekundární oblasti chlazení při
plynulém odlévání oceli, Hutnické listy LIV, 1999, č. 7/8, s. 29-32. ISSN 0018-8069.
[15] Horák, Z.: Praktická fyzika, SNTL, Praha 1976.
[16] Kutateladze, S.: Příručka sdílení tepla, SNTL, Praha, 1962.
[17] Hlousek, J., Kavička, F.: Přestup tepla na styku ingot-kokila, Hutnické listy, 1980.
[18] Hlousek, J., Kavička, F.: Teplotní pole odlitku a vznik staženin, Slévárenství, 1983.
[19] Carslaw, H., Jaeger, J.: Conduction of heat in solids, Nauka, Moskva, 1964.
[20] Skvorcov, A., Akimenko, A.: Teploperedača i zatverdevanije stali v ustanovkach nepreryvnoj razlivki, Metallurgija, Moskva, 1966.
[21] Krajnov, A.: Čislennoje modelirovanie soprjažonnogo teploperenosa i gidrodinamiki pri tečenii vjazkoj nesžimajemoj neizotermičeskoj židkosti v otkrytoj polosti s podvižnymi granicami, Izvestija Tomskogo politechničeskogo universiteta, Tomsk, 2003.
[22] Karnožickij, V.: Kontaktnyj teploobmen v processach liťja, Kiev, 1978.
[23] Schmid, J.: Teplotní pole válcově souměrných prostředí se zdroji tepla libovolného průběhu při okrajových podmínkách, proměnných po obvodu, Aplikace matematiky, 1962, 7(5), 353-374.
[24] Krett, V., Majer, J.: Temperature Field Measurement in the Region of Spacing Elements, Report ZJE-114, Skoda Works Nuclear Power Construction Dept., 1971, Information Center Plzen-Czechoslovakia.
[25] Guljaev, B.: Zatverdevanije i neodnorodnosť stali, Metallurgizdat, Moskva, 1950.
[26] Zavřel, J.: Analysis of Volume Changes of Gravitation Sand Casted Magnesium Alloys.
[27] Balandin, G.: Osnovy teorii formirovanija otlivki, Mašinostrojenie, Moskva, 1976.
[28] Patel, M., Prasad, V., Jayaram, V.: Heat conduction mechanisms in hot pressed ZrB2 and ZrB2-SiC composites, Journal of the European Ceramic Society, 2013.
[29] Zhang, L., Li, L.: Determination of heat transfer coefficients at metal/chill interface in the casting solidification process, Heat and Mass Transfer/Waerme- und Stoffuebertragung, 2013.
[30] Sang, B., Kang, X. aj: Study on macrosegregation in heavy steel ingots, International Journal of Cast Metals Research, 2010.
[31] Vějnik, A.: Teplofizika v litejnom proizvodstvě, Minsk, 1967.
[32] Korti, A.: A numerical simulation of convective flow in the solidification process, International Journal of Computational Methods, 2011.
[33] Elbel, T., Havlíček, F.: Fyzikální modelování tepelných pochodů při tuhnutí a chladnutí odlitků, Sborník vědeckých prací, VŠB Ostrava, 1974, ISSN: 0474-8484.
[34] Kořený, R.: Krystalizace a tuhnutí slévárenských slitin hliníku, VŠB, Ostrava, 1994
[35] Constantinescu, D.: Mathematical model for complex heat transfer between metal and refractory affregate material, Metal Conference proceedings, 2011, ISBN 978-80-87294-24-6.
[36] Ž