شار حرارتی هندسه خطی هدایت معکوس
شار حرارتی هندسه خطی هدایت معکوس – ایران ترجمه – Irantarjomeh
مقالات ترجمه شده آماده گروه مکانیک
مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی
مقالات
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان (ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره | ۳۸ |
کد مقاله | MEC38 |
مترجم | گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh |
نام فارسی | ارزیابی شار حرارتی بر روی سطح شیب دار دستگاه برش: مطالعه موردی هندسه پیچیده خطی هدایت حرارتی معکوس |
نام انگلیسی | Estimation of heat flux imposed on the rake face of a cutting tool: A nonlinear- complex geometry inverse heat conduction case study |
تعداد صفحه به فارسی | ۲۷ |
تعداد صفحه به انگلیسی | ۶ |
کلمات کلیدی به فارسی | مشکل هدایت / رسانایی حرارتی معکوس غیر خطی- (IHCP)ANSYS- دستگاه برش- روش تخمین توابع متوالی |
کلمات کلیدی به انگلیسی | Nonlinear Inverse Heat Conduction Problem(IHCP)- ANSYS- Cutting tool- Sequential function specification method |
مرجع به فارسی | ارتباطات بین المللی در زمینه انتقال گرما و جرم- دپارتمان مهندسی مکانیک- شاخه علوم و تحقیقات- دانشگاه آزاد اسلامی- تهران- ایرانکالج مهندسی- دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه آزاد اسلامی- تهران- ایراندپارتمان مهندسی مکانیک- دانشگاه تورنتو- کاناداالزویر |
مرجع به انگلیسی | International Communications in Heat and Mass Transfer- Department of Mechanical Engineering- Science and Research Branch/IAU- Tehran- Iran- Faculty of Engineering- School of Mechanical Engineering- University of Tehran- Tehran- Iran- ME Dept- University of Toronto- Toronto- Canada- Elsevier |
کشور | ایران- کانادا |
ارزیابی شار حرارتی بر روی سطح شیب دار دستگاه برش: مطالعه موردی هندسه پیچیده خطی هدایت حرارتی معکوس
چکیده
در این مقاله روش تخمین توابع متوالی جهت ارزیابی شار گرمای گذرای بر روی سطح شیار دار یک دستگاه برش در طی انجام عملیات برش با دو فرض مختلف بکار گرفته شده است. در یکی از آنها هدایت / رسانایی گرمایی به صورت ثابت فرض شده و در مورد دیگر این موضوع با توجه به دما متغیر می باشد. دستگاه برش به عنوان یک شیء سه بعدی مدل سازی شد. در این راستا، قابلیت های مدل سازی هندسی مد نظر قرار گرفته و از برنامه های تولید مش و حل کننده نرم افزار تجاری ANSYS به منظور کاهش زمان صرف شده برای مدل سازی و حصول راه حل مستقیم هدایت حرارتی، در زمینه مشکلات خطی و غیر خطی، استفاده شد. بدین طریق الگوریتم هدایت حرارتی معکوس از ANSYS به عنوان یک برنامه فرعی با استفاده از زبان طراحی پارامتری ANSYS (APDL) استفاده می نماید. پارامترهای ثبات و دقت، با توجه به ویژگیهای هدایت حرارتی خطی و غیر خطی مقایسه می شوند. بعلاوه، تاثیر عدم خطیت، همراه با موقعیت های مختلف حسگر به منظور حصول یک رویه تجربی بهینه مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت داده های نوعی دمایی در طی شرایط کاری، جهت مشخص نمودن شار حرارتی در سطح ابزار برش، با استفاده از راه حل های خطی و غیر خطی، مورد استفاده قرار می گیرند.
کلمات کلیدی: مشکل هدایت / رسانایی حرارتی معکوس غیر خطی، (IHCP)، ANSYS، دستگاه برش، روش تخمین توابع متوالی
شار حرارتی هندسه خطی هدایت معکوس
۱- مقدمه
بواسطه عدم وجود یک ارزیابی مناسب از شار حرارتی بوجود آمده در صنایع مختلفی که با حرارت سرکار دارند، نظیر ماشین کاری، در هر سال به صورت بالقوه مقدار قابل توجهی از انرژی، در نتیجه خنک سازی بیش از حد، به هدر می رود. به منظور کاهش این مقدار هدررفت انرژی، سیستم های خنک سازی مناسبی را می بایست طراحی نمود، و به طور مثال باید از قابلیت طراحی یک سیستم خنک سازی کارا بهره گرفت تا بتوان از فرسایش و کاهش طول عمر دستگاه برش جلوگیری نمود. با توجه به این موضوع لازم است تا اطلاعات مناسبی در زمینه دمای صحیح سطح ابزار برش همراه با شار حرارتی تولید شده داشته باشیم.
آزمایشات بسیاری در زمینه برآورد مستقیم ناحیه برشی انجام شده اند [۳-۱]. با این وجود، برآورد دما در یک ناحیه بسیار کوچک در طی فاز برش، به عنوان یک مبحث ساده به شمار نمی آید. بنابراین، محققین سعی در بکارگیری راه حل های عددی معادله گرمایی به منظور برآورد دمای سطح ابزار نمودند. هدایت حرارتی معکوس فراهم آورنده یک ابزار موثر جهت اعمال ارزیابی های مربوط به شار حرارتی و دما برای ابزار برشی می باشد.
به طور کلی، مشکلات انتقال حرارت به دو دسته تقسیم می شوند: مشکلات مستقیم و معکوس. مشکلات مستقیم جزء آن دسته از مشکلاتی به شمار می آیند که دارای معادله دیفرانسیل کاملا شناخته شده ای بوده و از خواص ترموفیزیکی مشخصی نیز بهره مند بوده و همچنین وضعیت اولیه و شرایط مرزی و هندسی آنها کاملا محرز می باشد. این مشکلات از نظر ریاضی به عنوان مسائل «خوش طرح» به شمار می آیند چرا که پاسخ آنها به خطاهای تصادفی در داده ورودی ثابت می باشد. هدف این نوع از مشکلات محاسبه توزیع دما در یک حوزه خاص با توجه به شرایط هندسی، خواص ترمو فیزیکی و شرایط مرزی، می باشد.
مجموعه اصطلاحاتq= شار حرراتی، (W/m2)t= زمان، (S)T= دما، (درجه سلسیوس)Y= دمای اندازه گیری شده، (درجه سلسیوس)k= هدایت حرارتی، (W/m °C)r= چگالی، (kg/m3)Z= ضریب حساسیت مرحله، (°C /W)Cp ظرفیت حرارتی مشخص شده یا خاص، (J/kg °C)s = انحراف معیار نویز (درجه سلسیوس)بالا نویس^ = پارامتر ارزیابی شده* = پارامتر حدسیT= برگردان ماتریسزیر نویسk= شماره شاخص حسگرM= تعداد مراحل زمانیr= تعداد مراحل زمانی متعاقبes−w/o = ارزیابی بدون نویز |
مقاله کنونی از این نظر با دیگر مقاله ها متفاوت است که بر روی این موضوع بر حسب به کارگیری قابلیت های نرم افزار تجاری در زمینه ایجاد مش ها و حل مشکل هدایتی مستقیم حرارتی تمرکز دارد. بر این مبنا، انتظار می رود تا در زمینه حل مشکل مستقیم و شبیه سازی آن، صرفنظر از پیچیدگی هندسی و ابعادی، به زمان کمتری نیاز داشته باشیم. با استفاده از APDL (زبان طراحی پارامتری ANSYS)، نرم افزار تجاری ANSYS در حقیقت به عنوان یک برنامه فرعی جهت اجرای محاسبات مستقیم هدایت حرارتی به کار گرفته شده است.
این مقاله ادامه تحقیق انجام شده قبلی به وسیله Samadi F. و همکاران [۱۲] می باشد، که در آن ارزیابی شار حرارتی با استفاده از هدایت ثابت حرارتی (با توجه به ویژگی های هدایت حرارتی مستقیم خطی و همچنین معکوس) انجام شده است. در فرآیندهای برش فلز، افزایش دما ممکن است آنقدر بالا باشد که خواص ترموفیزیکی ماده نظیر هدایت حرارتی را نتوان به صورت ثابت فرض کرد.
در خلال سالیان اخیر، محققین اندکی بر روی IHCP غیر خطی کار نموده اند. یکی از نکاتی که می بایست به طور مثال ذکر کرد تحقیق انجام شده به وسیله Beck [13] می باشد که در آن وی از یک آنالیز نوع فیلتر خطی جهت حل یک IHCP غیر خطی برای یک توپ فولادی ضد زنگ کروی شکل که در داخل یک سیال خنک افتاده بود استفاده کرد.
در تحقیق کنونی، IHCP ارزیابی شار حرارتی در سطح شیب دار یک دستگاه برش برای سه مود مختلف رسانایی حرارتی، یعنی مقدار فرضی، مقدار میانگین، و مقدار وابسته به دما، حل می شود. در نهایت، تاثیرات عوامل مختلف نظیر موقعیت های حسگرها و عدم خطیت بر روی شار حرارتی ارزیابی شده مورد بررسی قرار می گیرند.
شار حرارتی هندسه خطی هدایت معکوس
۲- روش تخمین توابع متوالی (SFSM)
در این تحقیق روش تخمین توابع متوالی برای ارزیابی شار حرارتی در یک سطح شیب دار با استفاده از دستگاه برش بکار گرفته شد. این روش، همانگونه که به وسیله Beck و همکاران توصیف شده است [۶] برآورد کننده مقادیر گسسته شار حرارتی به صورت متوالی از زمان عمل بر روی سطح فعال با استفاده از داده های دمایی گسسته Yi (i=1,2,…) می باشد و این برآورد بر مبنای برخی از موقعیت های خاصی از محدوده تحت شار حرارتی می باشد. همانگونه که در شکل ۱ نشان داده شده است، این موضوع فرض می شود که تا (M-1) امین جزء شار حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفته باشد و متعاقبا هدف ارزیابی Mامین جزء می باشد.
شار حرارتی هندسه خطی هدایت معکوس
۳- تولید گرید و مدل سازی حرارتی
همان گونه که قبلا ذکر شد، محاسبات مستقیم برای ضرایب حساسیت و توزیع دمایی با استفاده از ANSYS اجرا می شود. هندسه و مش مربوطه در شکل ۲ نشان داده شده است. کنترل عدم وابستگی گرید با استفاده از دما در موقعیتی انجام شد که در آن حسگر قرار گرفته بود (شکل ۲). سطح فعال (به رنگ تیره) همراه با کلیه دیگر سطوح فعال در این شکل نشان داده شده اند.
۴- شبیه سازی داده های دمایی
جهت ارزیابی شرط مرزی شار حرارتی ناشناخته و حل مشکل معکوس، لازم است تا اقدام به بهره گیری از داده های برآورد شده حقیقی دمایی نماییم. با این وجود، قبل از انجام یک آزمایش حقیقی، می توان نسبت به برآورد فرآیند ارزیابی شار حرارتی با استفاده از داده های «شبیه سازی شده» اقدام کرد. به همین دلیل، یک جفت حسگر در دو سطح مختلف قرار داده شد یعنی سطوح کناری و جلویی، که این حسگرها تقریبا دارای فواصل یکسانی از سطح فعال بوده اند (شکل ۴ جهت مشاهده موقعیت های حسگر). شکل ۵ نشان دهنده داده های «اندازه گیری شده» می باشد که از طریق حل معادله هدایت حرارتی حسگرهای مختلف، برای مورد هدایت حرارتی وابسته به دما، (یعنی معادله حرارتی غیر خطی)، حاصل آمده است. سپس داده ها با استفاده از خطاهای افزوده دارای توزیع گاوسی و همچنین حاصل شده به وسیله دیگر روتین فرعی ANSYS APDL نویزدار شدند.
۵- نتایج و مباحث
یک مورد آزمایش شار حرارتی جهت مشخص نمودن بهترین موقعیت ممکن حسگر و همچنین مقایسه راه حل حاصل شده از IHCP خطی که از یک مورد غیر خطی بدست آمده بود مورد استفاده قرار گرفت. ماده استفاده شده یک فولاد با کربن بالا می باشد که به عنوان ماده متعارف استفاده شده برای ساخت ابزار برش به شمار آمده و خواص حرارتی آن ، می باشد. در این ارتباط مورد غیر خطی رسانایی حرارتی، همانگونه که در جدول ۱ نشان داده شده است، متفاوت از دما مشخص شد.
شار حرارتی هندسه خطی هدایت معکوس
۶- نتیجه گیری
به منظور ارزیابی عملکرد روش تخمین توابع متوالی در مبحث برآورد شار حرارتی غیر خطی گذرا در یک حوزه سه بعدی، یک دستگاه برش با کلیه جزئیات هندسی آن با استفاده از ANSYS به عنوان یک روتین فرعی و با بهره گیری از برنامه نویسی APDL تحت مدل سازی و تحلیل قرار داده شد.
موارد آزمایش شار حرارتی مثلثی کلاسیک با استفاده از روش IHCP فوق الذکر با یک دقت کاملا پذیرفته شده همراه با ثبات و مقایسه بین دو برآورد خطی و غیر خطی انجام شده و اثر بخشی راه حل غیر خطی متعاقبا تایید شد. این تحقیق ارائه دهنده مثالی جهت حل یک مشکل IHCP چند بعدی غیر خطی با استفاده از قابلیت های یک نرم افزار موجود تجاری می باشد.
