Μοντελοποίηση προβλημάτων μεταφοράς θερμότητας με χρήση του λογισμικού Solidworks

Παμπουτζόγλου, Αντώνιος-Μάριος; Pampoutzoglou, Antonios-Marios

dc.contributor.author	Παμπουτζόγλου, Αντώνιος-Μάριος	el
dc.contributor.author	Pampoutzoglou, Antonios-Marios	en
dc.date.accessioned	2020-05-11T20:30:09Z
dc.date.available	2020-05-11T20:30:09Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50478
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18176
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μεταφορά θερμότητας	el
dc.subject	Heat transfer	en
dc.subject	Αγωγή	el
dc.subject	Conduction	en
dc.subject	Συναγωγή	el
dc.subject	Convection	en
dc.subject	Ακτινοβολία	el
dc.subject	Radiation	en
dc.subject	Solidworks	en
dc.subject	Μοντελοποίηση	el
dc.title	Μοντελοποίηση προβλημάτων μεταφοράς θερμότητας με χρήση του λογισμικού Solidworks	el
dc.title	Modelling of heat transfer problems with the use of Solidworks software	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μεταφορά θερμότητας	el
heal.classification	Heat transfer	en
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-06-28
heal.abstract	Αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι η μελέτη βασικών προβλημάτων μεταφοράς θερμότητας και η μοντελοποίησή τους στο SolidWorks, το οποίο αποτελεί ένα λογισμικό σχεδιασμού και μοντελοποίησης μηχανολογικών εξαρτημάτων, διατάξεων και εφαρμογών και λειτουργεί σε περιβάλλον Microsoft Windows. Πιο συγκεκριμένα θα χρησιμοποιήσουμε το SOLIDWORKS Flow Simulation, που αποτελεί το εργαλείο του SolidWorks για την προσομοίωση ροών και τη μοντελοποίηση προβλημάτων μεταφοράς θερμότητας. Τα προβλήματα που θα μελετήσουμε αφορούν στη μεταφορά θερμότητας και με τους τρεις μηχανισμούς αυτής, δηλαδή την αγωγή, τη συναγωγή και την ακτινοβολία. Σε ό,τι αφορά τις διατάξεις θα επικεντρωθούμε στα επίπεδα σώματα και τους αγωγούς, ενώ θα μοντελοποιήσουμε και διατάξεις λυμένων ασκήσεων από το βιβλίο «Αρχές Μεταφοράς Θερμότητας & Μάζης Τόμος 2, Ξενοφών Κακάτσιος, Αθήνα 2007». Αναλυτικότερα, στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μία γενική αναφορά στη μεταφορά θερμότητας, όπως το πως αυτή ορίζεται και ποιες είναι οι βασικές εφαρμογές στις οποίες συναντάται. Αναλύουμε στη συνέχεια τους μηχανισμούς μεταφοράς θερμότητας, διατυπώνοντας τις μαθηματικές σχέσεις που τους διέπουν και εξηγώντας τους αντίστοιχους συντελεστές. Αναφερόμαστε επίσης στις εφαρμογές καθενός από τους τρεις διαφορετικούς μηχανισμούς μεταφοράς θερμότητας, καθώς και το πως λειτουργεί ο καθένας στα στερεά, τα υγρά και τα αέρια υλικά. Επιπλέον διατυπώνουμε την αρχή διατήρησης της ενέργειας και ορίζουμε τον όγκο ελέγχου, που αποτελεί βασική έννοια στα προβλήματα μεταφοράς θερμότητας. Προχωρώντας στο Κεφάλαιο 2 πραγματοποιούμε μία εισαγωγή στο λογισμικό SolidWorks, το οποίο και θα αποτελέσει το εργαλείο μας για τη μοντελοποίηση των προβλημάτων μεταφοράς θερμότητας που θα εξετάσουμε. Μετά από μία σύντομη αναφορά στο ιστορικό του και το πεδίο εφαρμογής του, αναλύουμε τις λειτουργίες που θα χρησιμοποιήσουμε στο σχεδιασμό ενός σώματος και στην προσομοίωση της εκάστοτε ροής, από τα εργαλεία Sketch και Flow Simulation αντίστοιχα. Παράλληλα αναφερόμαστε και στη βάση δεδομένων (Engineering Database) του λογισμικού που περιέχει τις ιδιότητες μίας πληθώρας υλικών και όχι μόνο. Το Κεφάλαιο 3 αφορά τα προβλήματα μεταφοράς θερμότητας σε επίπεδα σώματα με τα οποία στην ουσία προσομοιώνουμε τους τοίχους. Με τα κατάλληλα στιγμιότυπα οθόνης από το περιβάλλον εργασίας του λογισμικού SolidWorks δείχνουμε αναλυτικά την διαδικασία και τις λειτουργίες που απαιτούνται για τη σχεδίαση του σώματος, τον καθορισμό των βασικών χαρακτηριστικών της μοντελοποίησης στη λειτουργία Wizard και την επιλογή των υλικών, των οριακών συνθηκών, του υπολογιστικού πλέγματος και των αποτελεσμάτων που επιθυμούμε να προκύψουν από τον εκάστοτε υπολογισμό. Στη συνέχεια διατυπώνουμε μαθηματικά το πρόβλημα της μεταφοράς θερμότητας στο επίπεδο σώμα χρησιμοποιώντας τις κατάλληλες σχέσεις και συγκρίνουμε τα αποτελέσματα με αυτά που προέκυψαν από τον υπολογισμό στο λογισμικό SolidWorks. Όλα τα παραπάνω βήματα τα δείχνουμε πρώτα για την εφαρμογή του απλού τοίχου και στη συνέχεια για του τοίχου με μόνωση. Στην εφαρμογή του τελευταίου παρουσιάζουμε επιπλέον το πως μπορούν να δημιουργηθούν παραμετρικές μελέτες έτσι ώστε να σχηματισθούν διαγράμματα και να προκύψουν συμπεράσματα για το πως μεταβάλλονται διαφορετικά μεγέθη μεταξύ τους. Στο Κεφάλαιο 4 μελετούμε τη ροή ενός ρευστού μέσα σε αγωγό του οποίου η παράπλευρη επιφάνεια διατηρείται σε σταθερή θερμοκρασία. Όπως και στο πρoηγούμενο κεφάλαιο, έτσι 8 και σε αυτό παρουσιάζουμε με στιγμιότυπα οθόνης αναλυτικά όλα τα στάδια που απαιτούνται για τη μοντελοποίηση αυτής της εφαρμογής, από τον σχεδιασμό του αγωγού έως και τον καθορισμό του πλέγματος και την επιλογή των επιθυμητών αποτελεσμάτων. Εν συνεχεία διατυπώνουμε μαθηματικά το πρόβλημα παρουσιάζοντας τις σχέσεις που το διέπουν, ενώ στη συνέχεια το λύνουμε και συγκρίνουμε τα αποτελέσματα της μαθηματικής λύσης με αυτά του υπολογισμού του λογισμικού SolidWorks. Και σε αυτή την εφαρμογή δημιουργούμε παραμετρικές μελέτες και παρουσιάζουμε τα βήματα που ακολουθήσαμε για τη δημιουργία τους και την εξαγωγή των επιθυμητών αποτελεσμάτων, καθώς και τα διαγράμματα που προέκυψαν από αυτά τα αποτελέσματα. Στο Κεφάλαιο 5 μοντελοποιούμε στο λογισμικό SolidWorks τις διατάξεις λυμένων ασκήσεων από το βιβλίο «Αρχές Μεταφοράς Θερμότητας & Μάζης Τόμος 2, Ξενοφών Κακάτσιος, Αθήνα 2007». Παρουσιάζουμε αναλυτικά τα βήματα που ακολουθούμε για το σχεδιασμό του μοντέλου, την επιλογή των υλικών και τον ορισμό των οριακών συνθηκών και των αποτελεσμάτων στηριζόμενοι στην εκφώνηση κάθε άσκησης. Επιπλέον συγκρίνουμε τα αποτελέσματα της μαθηματικής λύσης που δίνεται στο βιβλίο με αυτά που προέκυψαν από τη μοντελοποίηση στο λογισμικό SolidWorks, βγάζοντας έτσι και τα κατάλληλα συμπεράσματα για την εγκυρότητα της μοντελοποίησης. Τέλος στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα διπλωματική εργασία, ενώ παράλληλα δίνονται και προτάσεις ζητημάτων για μελλοντική έρευνα στο αντικείμενο της μοντελοποίησης προβλημάτων μεταφοράς θερμότητας.	el
heal.abstract	The subject of this thesis is to study basic heat transfer problems and model them in SolidWorks, which is a software for designing and modeling mechanical components, devices and applications and operating in a Microsoft Windows environment. More specifically, we will use SOLIDWORKS Flow Simulation, which is the SolidWorks tool for simulating flows and modeling heat transfer issues. The problems that we will study relate to heat transfer with all three mechanisms, namely, conduction, convection and radiation. Regarding the components, we will concentrate on flat bodies and pipelines, while we will model layouts of solved exercises from the book "Principles of Heat & Mass Transfer, Xenophon Kakatsios Volume 2, Athens 2007". Explicitly, Chapter 1 makes a general reference to heat transfer, such as how it is defined and what are the basic applications in which it is encountered. We then analyze the heat transfer mechanisms by formulating the mathematical equations that govern them and explaining the corresponding coefficients. We also refer to the applications of each of the three different heat transfer mechanisms, and how each one works in solid, liquid and gaseous materials. In addition, we formulate the principle of conservation of energy and define volume control, which is a basic concept in heat transfer problems. Moving into Chapter 2, we make an introduction to SolidWorks, which will be our tool for modeling the heat transfer problems that we will study. After a brief reference to its history and scope, we analyze the functions that we will use in designing a body and simulating the flow from the Sketch and Flow Simulation tools respectively. We also refer to the Engineering Database of the software that contains the properties of a variety of materials and many more. Chapter 3 refers to the heat transfer problems on flat bodies with which we essentially simulate the walls. With the appropriate screen shots from the SolidWorks software interface, we show in detail the process and functions required to design the body, determine the key features of the modeling in Wizard mode, and select material, boundary conditions, computational grid and the results we want to derive from the calculation. We then formulate the heat transfer problem in the flat body mathematically using appropriate equations and compare the results with those derived from the calculation in SolidWorks software. All the above steps are shown first for the application of the simple wall and then for the insulated wall. In the latter application, we also show how parametric studies can be created to form diagrams and draw conclusions about how different sizes change between them. In Chapter 4 we study the flow of a fluid through a pipe whose side face is kept at a constant temperature. As in the previous chapter, we also present in screenshots all the steps required to model this application, from pipeline design to grid defining and selecting the desired results. Then we formulate the problem by presenting the equations that govern it, and then solve and compare the results of the mathematical solution with those of the SolidWorks software calculation. Once again we create parametric studies and present the steps that we took to create them and extract the desired results, as well as the charts that derived from these results. In Chapter 5 with the use of SolidWorks software we model configurations of exercises from the book "Principles of Heat & Mass Transfer Volume 2, Xenophon Kakatsios, Athens 2007". We present in detail the steps we follow for designing the model, choosing the materials and defining the boundary conditions and results based on the expression of each exercise. Furthermore, we compare the results of the mathematical solution given in the book to those that resulted from modeling in SolidWorks software, thus also drawing the appropriate conclusions for the validity of the modeling. Finally, Chapter 6 presents the conclusions of this diploma thesis, while proposing issues for future research on the subject of modeling heat transfer problems.	en
heal.advisorName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Ρογδάκης, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Κορωνάκη, Ειρήνη	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	119 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true