Modelling the polymeric profile extrusion cooling stage with OpenFOAM®

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ferreira, João Manuel Duarte
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/65229
Resumo: Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Polímeros
id RCAP_44d373f03561bf8d9162d953083a536c
oai_identifier_str oai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/65229
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository_id_str https://opendoar.ac.uk/repository/7160
spelling Modelling the polymeric profile extrusion cooling stage with OpenFOAM®Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e TecnologiasDissertação de mestrado integrado em Engenharia de PolímerosNowadays the importance of the Computational Fluid Dynamics in polymer processing applications is really high, since it can provide useful data that can be used to anticipate the behaviour of the system under study, when subjected different service conditions, and thus guide its design and/or optimization. There are different options available when choosing the platform to perform such studies, which can be mainly divided into commercial and the free/open source numerical codes. Besides the obvious differences in terms of cost, the first do not allow changes on the source code while the latter allows it. OpenFOAM® computational library is an example of a free and open source code that comprises several pre-programmed solvers, allows full customization by the user and provides a solid and consolidated base for the development of customized numerical tools. The problem of interest integrated in the field of polymer processing, comprises the modelling of cooling and calibration of an extruded polymer profile with unstructured meshes. Numerical tools had to be created to fulfil the requirements and for that OpenFOAM® was used and modified. To meet the modelling requirements the cthMultiRegionFoam solver, that solves momentum, energy and continuity equations, was modified to solve only the energy conservation equation since, at the profile extrusion calibration stage, the velocity field is known and constant on the entire domain. Different verifications were performed on the developed code, by comparing its predictions with, analytical solutions, for simple problems and with results available on the scientific literature, in order to evaluate its accuracy. Convergence order studies were performed using different meshes to evaluate the order of convergence and the calculation accuracy and to choose the best mesh refinement level to use on the subsequent studies. In order to evaluate the code capabilities, studies involving cooling and calibration of an extruded polymer profile using different layouts, process and geometrical parameters were also undertaken. The developed code was tested under different verification problems and, the results obtained, allowed to assess it, for the cooling stage. Regarding conclusions, the studies made possible the evaluation of which process and geometrical parameters influence the most. This revealed that using several calibrators have advantages when compared to only use one, also that the profile velocity has the higher impact on the final results.Hoje em dia, é grande a importância da Dinâmica de Fluídos Computacional nas aplicações de processamento de polímeros, a informação produzida por estes estudos possibilita a antecipação do comportamento que o sistema em estudo terá, quando sujeito a diferentes condições de serviço, e ajudar no desenho e otimização do mesmo. Existem diferentes opções disponíveis para a execução deste tipo de estudos, que podem ser divididas em códigos comercial e gratuito/aberto. À parte da diferença óbvia em termos de custo, o primeiro não possibilita a alteração do código fonte, enquanto o segundo o possibilita. OpenFOAM® é um exemplo de código aberto e gratuito, que contém diversos solvers préprogramados, possibilita a sua total modificação por parte do utilizador e apresenta-se como um base sólida e consolidada para o desenvolvimento de ferramentas numéricas personalizadas. O problema de interesse integrado na área de processamento de polímeros, compreende a modelação da etapa de arrefecimento e calibração do processo de extrusão de perfil, utilizando malhas não estruturadas. Ferramentas numéricas tiveram de ser desenvolvidas para cumprir os requisitos de modelação e, para isso, o OpenFOAM® foi utilizado e modificado. Para cumprir os requisitos de modelação o solver chtMultiRegionFoam, que resolve as equações de momento, conservação de energia e continuidade, foi modificado para apenas resolver a equação de conservação de energia, dado que na etapa de calibração da extrusão de perfil, o campo de velocidades é conhecido e constante em todo o domínio. Diferentes verificações foram realizadas com o código desenvolvido, comparando as suas previsões com soluções analíticas, para problemas simples e com resultados disponíveis na literatura científica, para avaliar a sua precisão. Estudos de ordem de convergência foram realizados com diferentes malhas para avaliar a convergência e a precisão de cálculo, de forma a também escolher o melhor refinamento de malha para os estudos a realizar. Para avaliar as capacidades do código, estudos envolvendo a etapa de arrefecimento e calibração da extrusão de perfil com diferentes layouts, parâmetros geométricos e de processo foram realizados. O código desenvolvido foi testado sobre diferentes problemas de verificação e, com os resultados obtidos, possibilitou a sua aferição para a etapa de arrefecimento. Relativamente a conclusões, os estudos possibilitaram a avaliação de quais os parâmetros geométricos e de processo têm mais influencia. Isto relevou que a utilização de diversos calibradores tem vantagens à utilização de apenas um e também que a velocidade do perfil é o parâmetro com mais impacto nos resultados finais.Nóbrega, J. M.Universidade do MinhoFerreira, João Manuel Duarte20152015-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/65229eng202467651info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-05-11T05:19:03Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/65229Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T15:14:32.252633Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
dc.title.none.fl_str_mv Modelling the polymeric profile extrusion cooling stage with OpenFOAM®
title Modelling the polymeric profile extrusion cooling stage with OpenFOAM®
spellingShingle Modelling the polymeric profile extrusion cooling stage with OpenFOAM®
Ferreira, João Manuel Duarte
Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e Tecnologias
title_short Modelling the polymeric profile extrusion cooling stage with OpenFOAM®
title_full Modelling the polymeric profile extrusion cooling stage with OpenFOAM®
title_fullStr Modelling the polymeric profile extrusion cooling stage with OpenFOAM®
title_full_unstemmed Modelling the polymeric profile extrusion cooling stage with OpenFOAM®
title_sort Modelling the polymeric profile extrusion cooling stage with OpenFOAM®
author Ferreira, João Manuel Duarte
author_facet Ferreira, João Manuel Duarte
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Nóbrega, J. M.
Universidade do Minho
dc.contributor.author.fl_str_mv Ferreira, João Manuel Duarte
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e Tecnologias
topic Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e Tecnologias
description Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Polímeros
publishDate 2015
dc.date.none.fl_str_mv 2015
2015-01-01T00:00:00Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/1822/65229
url http://hdl.handle.net/1822/65229
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv 202467651
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron:RCAAP
instname_str FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
collection Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository.name.fl_str_mv Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
repository.mail.fl_str_mv info@rcaap.pt
_version_ 1833595189508177920

Registros relacionados