Anàlisi numèric mitjançant OpenFOAM d’un tractament tèrmic

Abstract

Aquest treball pretén aprofundir en l’ús del programari lliure OpenFOAM com a eina útil i versàtil de simulació per Dinàmica de Fluids Computacional; tot centrant-se en l’àmbit de la transferència de calor i les diferents manifestacions d’aquesta. Per tal de modelar les condicions mencionades, es procedeix a simular un sistema conegut basat en el procés de curat de una resina epoxi dins de un forn; procés que s’efectua al laboratori de Termodinàmica de l’ETSEIB. L’estudi és d’especial interès ja que les possibles heterogeneïtats de Temperatura al volum de la mostra polimèrica durant l’escalfament d’aquesta afectaran a les propietats físiques que adquirirà la peça resultant. Aquest sistema ha estat prèviament estudiat pel treball “Simulació numèrica amb OpenFOAM del tractament tèrmic d’una mostra a dins d’un forn” Ref. [1]; on es va determinar que els gradients tèrmics a la peça eren elevats, i es pretén anar un pas més enllà; estudiant a fons el codi emprat pel programa per identificar-ne les equacions emprades i utilitzant mètodes que donin més precisió als resultats obtinguts. L’estudi es divideix en dues geometries principals. Una primera de simple que servirà per aprendre a implementar les calors rebudes per la mostra, per finalment utilitzar el coneixement adquirit durant la implementació d’aquestes simulacions per simular el cas final amb la geometria completa del sistema estudiat. També s’hi inclou un estudi de l’elecció del mallat adequat i de la localització de totes les equacions emprades pel programa, de manera que el lector adquireix coneixement suficient com per abordar problemes de temàtica semblant amb múltiples aportacions de calor. Els resultats obtinguts per a la geometria simple mostren que els gradients tèrmics per a les simulacions sense aportació de calor per generació són moderats, però s’accentuen més amb la introducció de la generació, que té una temperatura mínima a la qual comença a fer efecte. Al tenir un repartiment de la temperatura diferent al llarg de la peça, hi ha zones que experimenten la generació abans que d’altres, elevant el gradient tèrmic. Amb la geometria final s’obté un gradient de fins a 72ºC en tan sols 0,4cm, fruït de la inclusió del motlle que s’encarrega de dissipar el calor de les zones de la mostra que hi té en contacte. També es comprova que aquest gradient és similar a les 9 mostres del motlle. La conclusió d’aquest estudi és que efectivament existeixen gradients tèrmics molt elevats a la peça i s’hauria de estudiar la introducció d’escuts tèrmics que fessin elevar la peça de temperatura de manera uniforme a tot el seu volum.