Ανάπτυξη CFD μοντέλου ροής και μεταφοράς θερμοτήτων σε αναδευόμενο και θερμαινόμενο δοχείο (Bachelor thesis)
Μουλλαϋμέρι, Μαρίσα
Στο πλαίσιο αυτής της πτυχιακής εργασίας γίνεται προσομοίωση των φαινομένων
ροής και μεταφοράς θερμότητας που συμβαίνουν κατά την ανάδευση του
περιεχομένου ενός δοχείου. Η προσομοίωση γίνεται στο περιβάλλον του λογισμικού
πακέτου υπολογιστικής ρευστοδυναμικής Fluent. Ως πρότυπο γεωμετρικό μοντέλο
χρησιμοποιήθηκε πειραματικό αναδευόμενο δοχείο από τον χώρο του Βιομηχανικού
Εργαστηρίου του Τμήματος Τεχνολογίας Τροφίμων.
Δεδομένης της γεωμετρικής πολυπλοκότητας του πεδίου ροής, πρωταρχικός στόχος
της εργασίας αποτέλεσε η ρεαλιστική αποτύπωση της γεωμετρίας του δοχείου και του
αναδευτήρα και η κατασκευή ενός επιλύσιμου (σε εύλογους χρόνους) μοντέλου ροής
στο δοχείο. Μοντελοποιήθηκαν τρεις διαφορετικοί τύποι αναδευτήρων: ένας
κυλινδρικού δίσκου, ένας ακτινικής ροής με 6 πτερύγια και ένας αξονικής ροής με 3
πτερύγια. Ως αποτελέσματα από την επίλυση του μοντέλου καταγράφηκαν το
δυναμικό προφίλ της ταχύτητας μέσα στο δοχείο και της θερμοκρασίας (στην
περίπτωση του θερμαινόμενου δοχείου).
Μέσω επαναληπτικών υπολογιστικών πειραμάτων μελετήθηκε η επίδραση της
πυκνότητας του πλέγματος και της τιμής του χρονικού βήματος (time step) στα
αποτελέσματα και την ταχύτητα επίλυσης του μοντέλου,. Για την ελάττωση του
μεγάλου χρόνου επίλυσης, μελετήθηκε επίσης η δυνατότητα αξιοποίησης
iv
γεωμετρικών συμμετριών για τον χωρικό περιορισμό του πεδίου ροής και την
συνεπαγόμενη μείωση των υπολογιστικών απαιτήσεων.
Τα αποτελέσματα για το προφίλ της ταχύτητας για τους τρεις διαφορετικούς
αναδευτήρες αναγνωρίστηκε ποιοτικά ότι συμφωνούν με τα αναμενόμενα βάσει του
τύπου τους. Επιπλέον, συγκρίθηκαν μεταξύ τους για να εξαχθούν συμπεράσματα
σχετικά με την αποτελεσματικότητα των διαφορετικών αναδευτήρων. Τέλος, το
θερμοκρασιακό προφίλ για την περίπτωση του αναδευόμενου και θερμαινόμενου
δοχείου συγκρίθηκε με αντίστοιχα θεωρητικά αποτελέσματα.
| Institution and School/Department of submitter: | Σχολή Τεχνολογίας Γεωπονίας και Τεχνολογίας Τροφίμων και Διατροφής / Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων |
| Subject classification: | Υπολογιστική ρευστοδυναμική Computational fluid dynamics |
| Keywords: | Υπολογιστική ρευστοδυναμική;Αναδευόμενο δοχείο;Ανάπτυξη μοντέλου;Computational fluid dynamics;Model developement;CFD;Stirred Container |
| Description: | Πτυχιακή εργασία - Σχολή τεχνολογίας γεωπονίας και τεχνολογίας τροφίμων και διατροφής - Τμήμα τεχνολογίας τροφίμων , 2016 α.α 7465 |
| URI: | http://195.251.240.227/jspui/handle/123456789/14439 |
| Item type: | bachelorThesis |
| General Description / Additional Comments: | Πτυχιακή εργασία |
| Subject classification: | Υπολογιστική ρευστοδυναμική Computational fluid dynamics |
| Item language: | el |
| Item access scheme: | account |
| Institution and School/Department of submitter: | Σχολή Τεχνολογίας Γεωπονίας και Τεχνολογίας Τροφίμων και Διατροφής / Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων |
| Publication date: | 2016-02-17 |
| Bibliographic citation: | Μουλλαϋμέρι, Μ. (2016). Ανάπτυξη CFD μοντέλου ροής και μεταφοράς σε αναδευόμενο και θερμαινόμενο δοχείο. Θεσσαλονίκη: Διεθνές Πανεπιστήμιο Ελλάδος. |
| Abstract: | Στο πλαίσιο αυτής της πτυχιακής εργασίας γίνεται προσομοίωση των φαινομένων
ροής και μεταφοράς θερμότητας που συμβαίνουν κατά την ανάδευση του
περιεχομένου ενός δοχείου. Η προσομοίωση γίνεται στο περιβάλλον του λογισμικού
πακέτου υπολογιστικής ρευστοδυναμικής Fluent. Ως πρότυπο γεωμετρικό μοντέλο
χρησιμοποιήθηκε πειραματικό αναδευόμενο δοχείο από τον χώρο του Βιομηχανικού
Εργαστηρίου του Τμήματος Τεχνολογίας Τροφίμων.
Δεδομένης της γεωμετρικής πολυπλοκότητας του πεδίου ροής, πρωταρχικός στόχος
της εργασίας αποτέλεσε η ρεαλιστική αποτύπωση της γεωμετρίας του δοχείου και του
αναδευτήρα και η κατασκευή ενός επιλύσιμου (σε εύλογους χρόνους) μοντέλου ροής
στο δοχείο. Μοντελοποιήθηκαν τρεις διαφορετικοί τύποι αναδευτήρων: ένας
κυλινδρικού δίσκου, ένας ακτινικής ροής με 6 πτερύγια και ένας αξονικής ροής με 3
πτερύγια. Ως αποτελέσματα από την επίλυση του μοντέλου καταγράφηκαν το
δυναμικό προφίλ της ταχύτητας μέσα στο δοχείο και της θερμοκρασίας (στην
περίπτωση του θερμαινόμενου δοχείου).
Μέσω επαναληπτικών υπολογιστικών πειραμάτων μελετήθηκε η επίδραση της
πυκνότητας του πλέγματος και της τιμής του χρονικού βήματος (time step) στα
αποτελέσματα και την ταχύτητα επίλυσης του μοντέλου,. Για την ελάττωση του
μεγάλου χρόνου επίλυσης, μελετήθηκε επίσης η δυνατότητα αξιοποίησης
iv
γεωμετρικών συμμετριών για τον χωρικό περιορισμό του πεδίου ροής και την
συνεπαγόμενη μείωση των υπολογιστικών απαιτήσεων.
Τα αποτελέσματα για το προφίλ της ταχύτητας για τους τρεις διαφορετικούς
αναδευτήρες αναγνωρίστηκε ποιοτικά ότι συμφωνούν με τα αναμενόμενα βάσει του
τύπου τους. Επιπλέον, συγκρίθηκαν μεταξύ τους για να εξαχθούν συμπεράσματα
σχετικά με την αποτελεσματικότητα των διαφορετικών αναδευτήρων. Τέλος, το
θερμοκρασιακό προφίλ για την περίπτωση του αναδευόμενου και θερμαινόμενου
δοχείου συγκρίθηκε με αντίστοιχα θεωρητικά αποτελέσματα. In this work, the flow and heat transfer phenomena occurring in a stirred vessel are simulated with the help of the CFD software Fluent. An experimental stirred vessel from the Food Process Engineering Laboratory (FPLE)-Pilot Plant was used as the model for the vessel geometry. Given the complexity in the geometry of the flow domain, the primary objective of this work was the realistic depiction of the vessel and agitator geometry and the development of a solvable model in reasonable times. Three different agitators were modeled: a cylindrical disk, a radial-flow-type with 6 fins and an axial-flow-type with 3 fins. The dynamic profiles of velocity and temperature (for heated vessel) were the outputs considered from the solution of the model. The effect of the mesh density and the value of the time step on the results and the calculation speed were studied through repetitive 'experimental' runs of the model. The possibility of exploiting geometrical symmetries to reduce the size of the flow domain (and the complexity of the calculations) was also investigated. It was verified that the velocity profiles for the three different agitators agree qualitatively with the expected results based on their type. In addition, the velocity profiles were compared to each other to derive conclusions on the stirring effectiveness of the different types. Finally, the temperature profile in the case of the heated stirred vessel was compared with corresponding theoretical results. |
| Table of contents: | Περίληψη...................................................................................................................................iii Abstract ......................................................................................................................................v 1. Εισαγωγή ............................................................................................................................... 1 2. Βιβλιογραφική ανασκόπηση ................................................................................................. 2 2.1 Ανάμιξη - ανάδευση υγρών ............................................................................................. 2 2.1.2 Σκοποί της ανάδευσης.............................................................................................. 2 2.1.3 Ακτινική αξονική ροή............................................................................................... 3 2.1.4 Διάφοροι τύποι αναδευτήρων................................................................................... 3 2.2 Μεταφορά θερμότητας.................................................................................................... 6 2.3 CFD ................................................................................................................................. 8 2.3.1 Εφαρμογές CFD ....................................................................................................... 9 2.3.2 Πλεονεκτήματα CFD.............................................................................................. 11 2.3.3 Μειονεκτήματα CFD.............................................................................................. 12 2.3.4 Στάδια επεξεργασίας CFD...................................................................................... 13 2.4 Περιπτώσεις προσομοιώσεων ανάδευσης..................................................................... 15 3. Σκοπός της πτυχιακής.......................................................................................................... 19 4. Υπολογιστική διαδικασία και Αποτελέσματα..................................................................... 20 4.1 Στάδια επίλυσης μοντέλου ............................................................................................ 20 4.2 Καθορισμός γεωμετρίας αναδευτήρων ......................................................................... 20 4.2.1 Κυλινδρικός αναδευτήρας...................................................................................... 20 4.2.2 Αναδευτήρας ακτινικής ροής. ................................................................................ 23 4.2.3 Αναδευτήρας ακτινικής ροής ................................................................................. 27 4.3 Μοντελοποίηση – Ρυθμίσεις στο Fluent ....................................................................... 30 4.3.1 Μοντελοποίηση ροής για κυλινδρικό αναδευτήρα ................................................ 31 4.3.2 Μοντελοποίηση κυλινδρικού αναδευτήρα με θέρμανση ....................................... 36 4.3.3 Μοντελοποίηση ροής για αναδευτήρα αξονικής ροής........................................... 41 4.3.4 Αναδευτήρας ακτινικής ροής ................................................................................. 45 4.3.5 Σύγκριση αναδευτήρων .......................................................................................... 53 5. Συμπεράσματα και Μελλοντική Εργασία ........................................................................... 56 Βιβλιογραφία........................................................................................................................... 58 |
| Advisor name: | Κουλούρης, Αλέξανδρος |
| Examining committee: | Κουλούρης, Αλέξανδρος |
| Publishing department/division: | Σχολή Τεχνολογίας Γεωπονίας και Τεχνολογίας Τροφίμων και Διατροφής / Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων |
| Publishing institution: | ihu |
| Number of pages: | 59 |
| Appears in Collections: | Πτυχιακές Εργασίες |
Files in This Item:
There are no files associated with this item.
Please use this identifier to cite or link to this item:
This item is a favorite for 0 people.
http://195.251.240.227/jspui/handle/123456789/14439
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
