عنوان پایان‌نامه
بررسی میدان دما در استوانه تو خالی تحت تاثیر منبع حرارتی گسترده متحرک
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1733;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 44323;کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1733;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 44323
- تاریخ دفاع
- ۲۹ فروردین ۱۳۸۹
- دانشجو
- سیاوش غفاری
- استاد راهنما
- حسین شکوهمند
- چکیده
- در این پایان نامه، به آنالیز حرارتی یک چرخه کامل عملیات حرارتی القایی متحرک می پردازیم. یک مسئله جفت شده الکترو مغناطیسی- حرارتی غیر خطی و گذرا با حرکت یک کویل القایی متحرک که به عنوان منبع حرارتی متحرک عمل می‌کند، به کمک روش اجزا محدود بررسی شده است. یک استوانه توخالی عمودی با حرکت یک کویل متحرک با یک سرعت مشخص بر‌روی استوانه، تا دمای مشخصی گرم میشود، و سپس بخش های گرم شده استوانه با استفاده از یک اسپری هوا- آب متحرک خنک خواهد شد. تاثیرات جابهجایی آزاد با هوای اطراف استوانه بر روی هر دوی سطوح داخلی و خارجی استوانه، همچنین تاثیرات تشعشع سطح خارجی با محیط پیرامون نیز در نظر گرفته شده است. تاثیر جابه جایی آزاد بر روی سطح خارجی به کمک یک مسئله مزدوج جامد- سیال بررسی شده است. در این فرایند، ابتدا میدان مغناطیسی توسط حل معادلات میدان الکترو مغناطیسی ماکسول شبیه سازی شده است، و منبع حرارتی متحرک پس از حل این معادلات بدست می آید. سپس معادله انرژی در درون جسم جامد (معادله هدایت حرارتی) برای بدست آوردن توزیع دما ایجاد شده در استوانه توسط منبع حرارتی متحرک، با در نظر گرفتن شرایط مرزی متحرک جابه جایی اجباری (مربوط به اسپری خنک کننده متحرک) و آزاد، در زمان های مختلف، به کمک روش اجزا محدود حل می شود. به عبارت دیگر، توزیع دمای استوانه در هر زمان توسط حل مزدوج معادلات هدایت درون استوانه با شرایط مرزی متحرک جابه جایی اجباری مربوط به اسپری متحرک و معادلات جابه جایی آزاد با هوای مجاور استوانه بدست خواهد آمد. برای خنک کاری جسم، یک نوع مشخص اسپری خنک کننده با مشخصات معلوم استفاده خواهد شد. اسپری خنک کننده از یک مخلوط هوا و آب با نسبت جرمی های متفاوت بهره می جوید؛ بنابراین، با استفاده از روش اسپری کردن برای خنک-کاری، می توان سرعت خنک-کاری را با کاهش و افزایش مقدار آب در مخلوط، کاهش یا افزایش داد. در این مسئله خواص مربوط به ماده سازنده استوانه به دما وابسته است و با تغییر دما تغییر می کنند. بنابراین می‌توان گفت، حل این مسئله مستلزم حل سه معادله جفت شده در یکدیگر الکترو مغناطیسی، هدایت حرارتی و جابه جایی آزاد با هوای مجاور استوانه می‌باشد. همچنین در این پایان‌نامه تغییرات در خاصیت نفوذ پذیری مغناطیسی آلیاژ مشخص بکار رفته، قبل و بعد از دمای کوری لحاظ شده است. در نهایت، صحت نتایج بدست آمده با مقایسه با نتایج حاصل از حل تحلیلی با استفاده از روش تابع گرین بررسی شده است.
- Abstract
- In this paper, a non-linear and transient magneto-thermal coupled problem with a moving coil is investigated by an efficient finite-element procedure. A vertical hollow circular cylinder is heated by the moving coil at a given velocity along it, and the heated parts then quenched by a moving water-air spray. The effects of natural convection with air on the both inner and outer surfaces of cylinder, and also radiation of outer surface of cylinder with ambient are taken into account. In this procedure, the magnetic field is first simulated by means of solution of Maxwell’s electromagnetic field equations, and the moving heat source is obtained from this magnetic field. Afterwards, the transient thermal conduction equation is solved to obtain temperature distribution produced by the moving heat source in work-piece over time with considering of moving free and forced (due to spray) convection boundary conditions. In addition, the temperature distribution must be obtained from the coupled conduction of the cylinder and the natural convection of the air over the cylinder, and also considering of forced convection relevant to moving spray. For quenching of work-piece, a specific kind of atomized spray cooling is used. Spray cooling using a mixture of water and air with different mass fractions; hence, with spray cooling, one can raise or lower the cooling rate by increasing or decreasing the amount of liquid in the mixture. This procedure includes temperature-dependent properties, heat generation due to phase changes, and change in magnetic permeability of specified alloy at curie temperature. Finally, the results have been verified by comparison with analytical solutions using Green’s function methods.
