Simulação numerica CFD no processo de tempera

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Bineli, Aulus Roberto Romão, 1981-
Data de Publicação: 2009
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1610781
Resumo: Orientadores: Rubens Maciel Filho, Andre Luiz Jardini Munhoz
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spelling Simulação numerica CFD no processo de temperaNumerical simulation CFD in the quenching processAnálise numéricaFluidodinâmica computacionalProcesso térmicoNumerical analysisComputational fluid dynamicsThermal processOrientadores: Rubens Maciel Filho, Andre Luiz Jardini MunhozDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: Em tratamentos térmicos de têmpera há uma grande dificuldade em entender os diferentes perfis de resfriamento que ocorrem na superfície e no interior dos materiais, e que definem o controle da estrutura formada e das propriedades finais desejadas. A formação de diferentes tipos de estruturas no mesmo material pode ocorrer devido ao resfriamento não uniforme provocado pelas condições fluidodinâmicas do tanque e do fluido refrigerante, os quais determinam as taxas de resfriamento e o valor do coeficiente de transferência de calor. Além disso, há muito pouco na literatura sobre os critérios para a construção de tanques de têmpera. Portanto este trabalho investiga por meio da Fluidodinâmica Computacional (CFD), utilizando o software ANSYS CFX® 11, duas configurações de um sistema de agitação submerso em tanque de têmpera e o impacto das condições fluidodinâmicas e das propriedades físicas do fluido sobre a uniformidade do resfriamento e no coeficiente de transferência de calor na interface do bloco de aço. Como conseqüência as simulações permitem a verificação de alternativas de como o processo pode ser melhorado a partir deste tipo de análise. O processo físico estudado consiste no resfriamento de um bloco de aço nas dimensões 2,3m x 1,2m x 0,86m imerso em tanque com água de dimensões 8,7m x 2,8m x 4,0 m com um sistema de agitação de jato submerso distribuídos em vários bicos reguladores de saída de água. Foram realizadas duas simulações, a primeira envolvendo o sistema de agitação localizado sob o bloco. Na segunda, entretanto, foi acrescentado um sistema de agitação localizada nas laterais do material na tentativa de homogeneizar o fluxo do fluido entorno do bloco, consequentemente sobre a uniformidade do resfriamento. Os resultados deste trabalho indicam que o sistema foi suscetível a variação das propriedades físicas do fluido e do fluxo sobre o material o que levou a grandes variações na curva de resfriamento para o primeiro caso. Contudo, a implementação do sistema lateral de agitação promoveu uma melhora significativa na uniformidade da têmpera, além disso, o modelo foi capaz de predizer as curvas de resfriamento, os coeficientes de transferência de calor na interface do material, e os fluxos do fluido no tanque. A análise discutida fornece informações de como o software pode melhorar o controle do processo de resfriamento por estudos sobre a uniformidade da têmpera, o que pode auxiliar os engenheiros na concepção e desenvolvimento de novos projetos de tanque levando-se em consideração a forma e o tipo do sistema de agitação, bem como a geometria do tanque e do material, e o fluido utilizado no processo. Esta abordagem pode produzir melhorias significativas na qualidade do material enquanto simultaneamente prevê condições para redução de distorções do material durante o tratamento térmico.Abstract: In the quenching heat treatment is a great difficulty to understand the different cooling profiles occurring at the surface and subsurface of the material, that define the structure formed and the final properties desired. The formation of different types of structures in the material can occurs due to uneven cooling caused by fluid dynamic conditions of the tank, which determine the cooling rates and the heat transfer coefficient. Moreover, there is very little literature concerning the criteria for the construction of quenching tanks. Therefore in this work was analyzed by means of Computational Fluid Dynamics (CFD), two configurations of submerged agitation system and the impact of fluid dynamic conditions and the physical properties of the fluid on the cooling uniformity and the heat transfer coefficient at the interface of the steel block. The simulations performed allow the verification of alternatives of how the process can be improved from this type of analysis. The physical process studied consist in the cooling of a steel block with dimensions 2.3m x 1.2m x 0.86m immersed in water tank with dimensions 8.7m x 2.8m x 4.0m with submerged agitation system. There were two simulations, the first involving the agitation system located under the block. In the second, however, was added agitation system located next the sides of the material in an attempt to homogenize the fluid flow around the block, consequently on the uniformity of cooling. The results indicate that the system was susceptible to variations in the fluid properties and fluid flow on the material which led to large variations in the cooling curve for the first case. The implementation of the sideway agitation system led to a significant improvement in uniformity of quenching, in addition, the model was able to predict the cooling curves, the heat transfer coefficient at the interface of the material, and fluid flow in the tank. The analysis provides information about how software can improve the control of the cooling process by studies of quench uniformity, which can help engineers in the design and development of new tank taking into account the type of agitation system, tank geometry and material, and the fluid used in the process. This approach can produce significant improvements in the quality of the material while simultaneously provide conditions to reduce distortions in the material during heat treating.MestradoMestre em Engenharia Química[s.n.]Maciel Filho, Rubens, 1958-Munhoz, André Luiz JardiniSouza, Eduardo Netto deTorres Alvarez, Mario EusebioUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASBineli, Aulus Roberto Romão, 1981-20092009-04-11T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf129 p. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1610781BINELI, Aulus Roberto Romão. Simulação numerica CFD no processo de tempera. 2009. 129 p. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1610781. 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