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Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica
Mestrado em Engenharia Mecânica                                                                                          06 de Junho de 2007



       Numerical Simulation of the Filling and Curing
      Stages in Reaction Injection Moulding, using CFX


      Simulação Numérica das Fases de Enchimento e
     Cura em Reaction Injection Moulding, usando o CFX


                                                                                                                                  Rui Igreja




                           Y [mm]
                           1.6

                           1.2
                                                           0. 6



                                                                        0. 7




                                                                               0. 8                  oint)
                                                                                                el p
                                                     0.5




                           0.8                                                             (g
                                                                                      0.85
                                              0.4




                                                                                                             0.9
                                       0. 3




                                                                                                                         0.96
                                 0.2




                           0.4

                            0
                             0                 0.1                0.2           0.3                                0.4           0.5
                                                                                                                         X [m]
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Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o
CFX




                                              Introdução
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                                                                                               Introdução
  CFX




              MATERIAIS POLIMÉRICOS SINTÉTICOS


   Termoplásticos                                                            Termo endurecíveis
As longas moléculas não estão                                       Inicialmente constituídos por pequenas
quimicamente ligadas:                                               moléculas.

Podem ser conformados e                                             Através de aquecimento ou misturados
reconformados repetidamente.                                        com reagentes, sofrem uma reacção
                                                                    química irreversível causando a
                                                                    ligação das moléculas e a formação de
                                                                    uma estrutura rígida tridimensional.
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                                                                                                     Introdução
  CFX




                                     Reaction Injection Moulding
                                                (RIM)

                                                                                               A mistura é injectada
   Isocianato                                                                                  para dentro do molde
                                                          Flúem para uma
                                                          câmara de mistura

   Dois componentes
líquidos, normalmente                                Câmara de mistura                                   Molde
   Isocianato e Poliol
                                                              Os componentes são
                                                          intensamente misturados
                                                                                                 Onde se dá o processo
                                                                                               de polimerização, ou cura
        Poliol
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                                                                                             Introdução
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                                                                                             Introdução
CFX




      RIM - VANTAGENS:

       Baixa viscosidade (0.1 – 1 Pa∙s):
               • Produção de peças grandes e complexas, com insertos.

               • Baixas pressões são suficientes:
                        − Prensas baratas.
                        − Moldes pouco resistentes e baixo custo:

               • Opção de uso de reforços:
                        − Structural Reaction Injection Moulding (SRIM).
                        − Reinforced Reaction Injection Moulding (RRIM).

       Baixas temperaturas: baixos requisitos energéticos.
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                                                                                              Introdução
 CFX


RIM - DESVANTAGENS:

    Baixa viscosidade:
            • Dificuldade em selar os moldes.
            • A resina adere às superfícies do molde:
            • Se o enchimento for muito rápido, podem formar-se bolhas
            (principal causa de sucata).

    Baixa pressão:
            • Dificuldade em remover bolsas de ar de esquinas e de atrás
            de insertos → Importância da localização das saídas de ar (vents).

    Cura:
            • Se o enchimento for lento pode dar origem a short shot.
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                                                                                             Introdução
CFX




           SIMULAÇÕES DE MOLDAÇÃO POR INJECÇÃO

 Começaram nos anos 70:
        • Enchimento de geometrias simples (tubulares, circulares e rectangulares):
abordagem                 − Escoamento: unidireccional.
  1½D                     − Temperatura: bidimensional.


 O grande avanço surgiu, no início dos anos 80, com a abordagem 2½D:
        • O campo de pressões: 2D, através de FEM.

        • Os campos de velocidades e temperatura: 3D, através de FDM.

 Simulações completas 3D surgiram mais recentemente:
        • Grande esforço computacional.
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                                                                                               Introdução
  CFX



  ABORDAGEM 2½D HELE-SHAW
Continua a ser a abordagem standard em simulações de moldação por injecção


                 Moldação por injecção:
                  Espessura muito menor que as outras dimensões.
                                                                                                Baixo Re
                  Alta viscosidade (não totalmente válido para RIM) .


     O efeito de inércia é desprezado.
     A componente da velocidade na direcção da espessura do
    molde é considerada nula.
     O gradiente de velocidades na direcção da espessura é
    muito maior que nas outras direcções.
     A condução de calor na direcção da espessura é muito
    maior que nas outras direcções.
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                                                                                                          Introdução
 CFX




 ABORDAGEM 2½D HELE-SHAW
As equações de continuidade e quant. de movimento são simplificadas e combinadas
numa única equação tipo Poisson, em termos de pressão, p, e fluidez (fluidity), S:

 ∂ h          ∂  ∂p  ∂  ∂p 
     ∫0 ρ dz ÷ −   S × ÷−  S × ÷= 0                                                        (Resolvida através de FEM)
 ∂t           ∂x  ∂x  ∂y  ∂y 

                                                                    h  z2
                                                              S = ∫ ρ × dz
                                                                   0   µ

Equação de energia simplificada:

        ∂T      ∂T    ∂T  ∂  ∂T                                                                       (Resolvida através
ρ ×Cp ×    + u × + v × ÷=       k × ÷+ µ ×γ 2 + Q R
                                            &     &
                                                                                                              de FDM)
        ∂t      ∂x    ∂ y  ∂z  ∂z 

                                               ∂p h z                             ∂p h z
                                               ∂ x ∫z µ                           ∂ y ∫z µ
                                     u=−          ×     dz               v=−         ×     dz
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                                                                                             Introdução
CFX




ABORDAGEM 2½D HELE-SHAW

O espaço em memória necessário e o tempo de computação
são consideravelmente reduzidos comparando com simulações 3D.

Limitações:
        A inércia e os efeitos 3D podem ser suficientemente
        significativos para influenciar o escoamento:
                 Peças complexas e espessas.
                 Em situações de separação do escoamento.
                 Onde a espessura mude abruptamente.
                 Em regiões em redor de bossas, nervuras e esquinas.
                 Junto da frente de enchimento: fountain flow (importante em RIM).
        Em RIM, devido à baixa viscosidade, a inércia e a força gravítica não
        devem ser omitidos.
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                                                                                             Introdução
CFX


                MOTIVAÇÕES:

Uma abordagem 3D será muito mais valiosa que uma 2½D.
       Em RIM: Baixa viscosidade; geometrias complexas; presença de insertos;
       importância de determinar com precisão o escoamento na frente de
       enchimento.

Extremamente pouco foi já feito relativamente a simulações de
moldação por injecção recorrendo a softwares comercias de CFD.

Apesar das simulações 3D ainda serem notórias pelo excessivo
esforço computacional, prevê-se que aumentem no futuro próximo.

Softwares comerciais de CFD são mais baratos que softwares
especializados de injecção de moldes, e mais versáteis que estes.

Melhor conhecimento do processo RIM.
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Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o
                                                                                             Introdução
CFX




             OBJECTIVOS:




Avaliar o potencial do software comercial de CFD, CFX-5
(ANSYS CFX), para simular os processos simultâneos de
         enchimento e cura presentes no processo RIM.
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Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o
CFX




          Simulação do processo
             de enchimento
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  Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o         de enchimento
  CFX


Quando as fases estão completamente estratificadas e a interface é
bem definida → Ambas as fases têm um único campo de velocidades

    Modelo Homogéneo ( Homogeneous Model )
        Conservação da massa total:




          As 3 componentes da equação de quantidade de movimento:




           Conservação da massa da fase α:



                                                                                    6 Equações e 6 incógnitas:
           As duas fases preenchem o volume disponível:                                   p, U (u, v, w), rα e rβ
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Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o      de enchimento
CFX


O CFX é baseado no Método dos Volume Finitos (FVM), e cada
nó da malha está no centro de um volume de controlo finito

     As equações são integradas para todos os volumes de controlo, e os integrais de
     volume transformados em integrais de superfície (Teorema de Divergência de Gauss):




      Os integrais de superfície são transformados num somatório de
      integrais ao longo de cada face do volume finito:




        Os integrais de cada face são discretamente representados nos
        pontos de integração:
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Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o      de enchimento
CFX



      Caso de estudo:

           Enchimento entre 2 placas paralelas com uma resina com
           densidade e viscosidade constantes
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                   Simulação do processo
 Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o      de enchimento
 CFX

                                                              t = 0.35 s




A interface não toca nas paredes:
       Existe uma “camada de ar” entre a resina e as paredes.
               → Perfil de velocidades errado
                        → Erros nos termos advectivos nas equações da energia e de cura.

               → Menor contribuição viscosa para a pressão.
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CFX




               2ª Lei de Newton na direcção x:
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                                                                  Erros:

                                                             PCFX – PCFX(grav)
                              malha1                         malha2           malha3          malha4

                          - 35.4 %                     - 33.3 %            - 32.4 %          - 30.4 %
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 CFX




 Este comportamento já foi mencionado por alguns autores:

         A condição de fronteira de não escorregamento nas paredes
         (fisicamente correcta) imposta ao ar impede a frente de
         enchimento de tocar nas paredes.

         Ela deverá ser imposta apenas na parte já cheia da molde.



O CFX não permite condições de fronteira condicionais:

       → Modelo não Homogéneo (Inhomogenous Model):
               Cada fase tem o seu próprio campo de velocidades.
               Elas interagem através de termos de transferência interfásicos.
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 CFX


Modelo não Homogéneo:
 Conservação da massa da fase α:                                           Conservação da massa da fase β:




As 3 componentes da equação de quantidade                                   As 3 componentes da equação de quantidade
de movimento da fase α:                                                     de movimento da fase β:




                                                              Transferência interfásica de quantidade de movimento
 As duas fases preenchem o
 volume disponível:                                                            9 Equações e 9 incógnitas:

                                                                   p, Uα (uα, vα, w α), Uβ (uβ, vβ, wβ), rα e rβ
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                                                 Coeficiente de arrasto adimensional

                   uuuuu
                       r                  uuu uuur uuu uuur
                                            r         r
                   M αβ = CD ×ραβ ×A αβ × Uβ − U α × Uβ − U α                  (               )
  Massa volúmica da mistura:                                      Área interfacial por unidade de volume:

    ραβ = ρα ×rα + ρβ ×rβ                                                             rα ×rβ
                                                                         A αβ =
                                                                                       d αβ
                           Escala de comprimento da interface




                                         Os valores individuais de dαβ e CD não interessam,
                                         mas sim o seu quociente
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             Enchimento entre 2 placas paralelas com uma resina com
             densidade e viscosidade constantes




                                    Modelo não Homogéneo

                                                                                                           0.05
        Condição fronteira                                                                                 0.5
        de escorregamento                                          dαβ = 1 mm                  CD =        5
           livre para o ar                                   (valor ‘por defeito’ do CFX)                  50
                                                                                                           500
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CFX


                                            Modelo não Homogéneo:



CD = 0.05                                                                                                 CD = 0.5




CD = 5                                                                                                     CD = 50



                               Modelo Homogéneo:
           Para CD = 0.05, 0.5 e 5 a interface toca nas paredes.

           Para CD = 50 o comportamento torna-se semelhante
           ao Modelo Homogéneo.
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CFX




                                                             Erros:

                                                       PCFX – PCFX(grav)

                                                       Modelo Homogéneo
                                                              - 33.3 %

                                            Modelo não Homogéneo

          CD = 0.05                     CD = 0.5               CD = 5                   CD = 50         CD = 500

           - 4.1 %                       - 3.5 %              - 4.1 %                 - 14.5 %         - 26.1 %
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Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o            de enchimento
CFX



                CD = 0.05                                                                    CD = 0.5
                                                 CD = 0.05




               CD = 5                                                                        CD = 50
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Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o      de enchimento
CFX




            Dos valores analisados, CD = 5 é o mais adequado
                     para este processo de enchimento.
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Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o
CFX




                              Simulação do
                            processo de cura
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Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o   processo de cura
CFX



         Polimerização ou cura da resina

 Taxa de cura (C: grau de cura):




                          T ↑ ⇒ SC
                                    ↑

                                                                   Viscosidade:
    Geração de calor:




                                                                       C↑ ⇒ µ                T↑ ⇒ µ
                                                                               ↑                 ↓
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Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o   processo de cura
CFX
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    Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o        processo de cura
    CFX


  A equação de cura é implementada como uma equação de transporte para
  uma variável escalar adicional (grau de cura, C), com um termo fonte.




Esquema transitório de 1ª ordem:


                                                                                         Esquema advectivo High Resolution:

                                                                                                   0≤β≤1
Esquema transitório de 2ª ordem:
                                                                                            Esquema advectivo Compressivo:

                                                                                                    0≤β≤2
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                     Simulação do
   Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o   processo de cura
   CFX




Para um enchimento unidimensional:
                U = (u, 0, 0)
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                     Simulação do
   Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o   processo de cura
   CFX




Os resultados mais precisos foram obtidos com a combinação do esquema
  transitório de 2ª ordem com o esquema advectivo High Resolution
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                     Simulação do
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o   processo de cura
CFX




  Simulação das fases de
 enchimento e cura em RIM
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                   Simulação das fases de
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o    enchimento e cura em
CFX
                                                                                                      RIM


 Equação da energia:

      ∂ ( rα ×ρα ×h α )                                uuur
                  ∂t
                                               (                        )
                                    + ∇ • rα ×ρα ×h α ×U α = ∇ • ( k α ×∇Tα ) + SEα




                    Fonte de calor:
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                    Simulação das fases de
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o     enchimento e cura em
CFX
                                                                                                       RIM
Casos de estudo 1 e 2:




                                                                                             Poliuretano



                                                                                               Caso 1 Caso 2
                                                             L           Comprimento           0.505    0.487    [m]
                                                             W                Largua           0.101    0.101    [m]
                                                             H             Espessura            3.2      3.2    [mm]
                                                             Qin      Caudal de entrada         33.5    27.5    [cm3/s]
                                                             Tin   Temperatura à entrada        55.3    54.0     [ºC]

                                                             Tw        Temperatura das
                                                                                                82.0    70.0     [ºC]
                                                                          paredes
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                        Simulação das fases de
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o         enchimento e cura em
CFX
                                                                                                           RIM



W >> H → 2D
Simetria → Metade da geometria modelada
Malhas:
                    Malha 1                                                             Malha 2



               (5 elementos na espessura)                                           (10 elementos na espessura)


CD = 5           (Modelo Não Homogéneo)

Timestep = 4×10-4 s                                                                  10-3

Critério de convergência dos resíduos =                                              10-4

                                                                                     10-5
Durante o enchimento todas as equações são resolvidas; após o
enchimento apenas as equações de cura e energia são resolvidas.
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                    Simulação das fases de
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o     enchimento e cura em
CFX
                                                                                                       RIM

                                                    Tempo de computação




                           Caso 1                                                            Caso 2
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                                                                                                        Simulação das fases de
                 Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o                                                                                         enchimento e cura em
                 CFX
                                                                                                                                                                                                            RIM
                                                                                                                                         Caso 2
                                     Grau de cura                                                                                                                                   Temperatura [ºC]
Y [mm]                                                                                                                                         Y [mm]
1.6                                                                                                                                            1.6

1.2                                                                                                                                                1.2
                                                                                                                                              4s




                                                                                                                                                                                                                         100
                             0. 1                 0. 2            0. 3            0. 4
0.8                                                                                                                                                0.8                         70            80           90




                                                                                                                                                                   60
0.4                                                                                                                                                0.4

  0                                                                                                                                                 0
      0                       0.1                        0.2                         0.3                            0.4                 0.5              0              0.1                 0.2                    0.3                      0.4                            0.5
                                                                                                                                X [m]                                                                                                                              X [m]
Y [mm]                                                                                                                                         Y [mm]
1.6                                                                                                                                            1.6

1.2                                                                                                                                                1.2




                                                                                                                               0. 85
                                                                                                                                          5.7 s
                      0.
                         1                 0. 2




                                                                                                                                                                                                                                                              150
                                                               0. 3        0. 4            0.
0.8                                                                                                    0.                                     0.8




                                                                                                                                                                                                                                                     14 0
                                                                                              5           6                                                                   70            80




                                                                                                                                                                                                                                              130
                                                                                                                                                                                                         90




                                                                                                                                                                                                                                      120
                                                                                                                                                                  60
                                                                                                                             0. 8
                                                                                                                      0.




                                                                                                                                                                                                                               11
                                                                                                                                                                                                                     10
                                                                                                                         7




                                                                                                                                                                                                                                  0
                                                                                                                                                                                                                        0
0.4                                                                                                                                                0.4

  0                                                                                                                                                 0
      0                       0.1                        0.2                         0.3                            0.4                 0.5             0               0.1                 0.2                    0.3                      0.4                            0.5
                                                                                                                                X [m]                                                                                                                          X [m]
Y [mm]                                                                                                                                             Y [mm]
1.6                                                                                                                                                1.6
                                                                                                                                                                                                              80

1.2                                                                                                                                                1.2                        90
                                                                                                                                                                                     10 0
                                                                                                                                          7.6 s
                                                   0.6




                                                                                                          t)                                                                                       110
                                                                  7




                                                                                     8               poin                                                                                                 12 0
                                                               0.




                                                                                  0.            g el
                                    0. 5




0.8                                                                                                                                           0.8                                                                   13 0
                                                                                            85 (
                             0. 4




                                                                                         0.                  0. 9                                                                                                              14 0
                   0. 3




                                                                                                                                                             80
                                                                                                                                0. 96
          0. 2




                                                                                                                                                                                                                                       150
0.4                                                                                                                                                0.4                                                                                                 0
                                                                                                                                                                                                                                                    16




                                                                                                                                                                                                                                                                    170
  0                                                                                                                                                 0
      0                       0.1                        0.2                         0.3                            0.4                 0.5             0               0.1                 0.2                    0.3                      0.4                            0.5
                                                                                                                                X [m]                                                                                                                          X [m]
Y [mm]                                                                                                                                             Y [mm]
1.6 . 5                                                                                                                                            1.6
      0                                                                                                                                                                                            80
           0. 6              0.7
                                                                                                                                                                                                           90
                                                                                                                                                                                                                               100
1.2                                               0. 8                       in t)                                                                 1.2                                                             110
                                                               0. 85 (g el po
0.8
                                                                                             0.9                                          10 s0.8                                                13 0
                                                                                                                                                                                                         120
                                                                                                                                                                                     14 0
                                                                                                                                                                        150
0.4                                                                                                                                                0.4
                                                                                                                                    8




                                                                                                                                                                                                                                                               0
                                                                                                                                0. 9




                                                                                                                                                                                                                                                            15




                                                                                                                                                                                                                                                                    16 0
  0                                                                                                                                                 0
      0                       0.1                        0.2                         0.3                            0.4                 0.5             0               0.1                 0.2                    0.3                      0.4                            0.5
                                                                                                                               X [m]                                                                                                                          X [m]
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                                Simulação das fases de
     Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o                 enchimento e cura em
     CFX
                                                                                                                        RIM
                                                                Final do enchimento
                     Grau de cura                                                                     Temperatura
 1.0                                                                            1.0
                 05
               0.




                                                                                                   0.05
 0.8
              =




                                                                                0.8
           x*




                                                                                                 x* =




                                                                                                                                          x* = 1
                                                                                        x* = 0
 0.6
                                                         x*=1
                                                                                0.6
                                     58
                                   0.




y*                                                                           y*
                                  =




                                                                                                                0.58
                               x*




 0.4                                                                            0.4




                                                                                                           x* =




                                                                                                                             x* = 0.92
 0.2                                                                            0.2
                                                   .92
                                                   0
                                                x*=




     0                                                                             0
      0            0.2           0.4           0.6              0.8   1.0                        60       80       100 120   140         160
                                         C                                                                           T[ºC]


                                                                      Caso 2
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                       Simulação das fases de
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o        enchimento e cura em
CFX
                                                                                                          RIM
                                                             Pressão

       P [Pa]                                          CFX
        P [Pa]                                         [39] Numerical
       2.5E+04
         1.E+05                                        [39] Experimental
                                                     Press(visc0)
       2.0E+04                                     CFX
         8.E+04                                    [39] Numerical

       1.5E+04                                     [39] Numerical - Lengthing Reactor
         6.E+04                                    [39] Experimental

       1.0E+04
         4.E+04

       5.0E+03
         2.E+04

       0.0E+00
         0.E+00 0                              1                  2                 3             4               5
                                                                                                          t [s]
                0                          1                 2             3                 4        5   t [s]       6

                                                                 Caso 1
                                                                 Caso 2
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                   Simulação das fases de
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o    enchimento e cura em
CFX
                                                                                                      RIM
T [ºC]                        CFX (Mesh 1)
                              CFX (Mesh 2)
170
                              [39] Numerical
                              [39] Experimental
150                           [72] Numerical                                                                  Center


130

                                                                                                                   0.6
110                                                                                                                0.7


                                                                                                                   0.9
  90
  Tw

  70

  Tin
  50
         2                          4                        6                  8            10               12
                                                                                                      t [s]
               Caso 1
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                   Simulação das fases de
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o    enchimento e cura em
CFX
                                                                                                      RIM




                                             Caso 1
                                                   Caso 1 2
                                                    Caso
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                   Simulação das fases de
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o    enchimento e cura em
CFX
                                                                                                      RIM




                        Os resultados obtidos com o Residuals Target
                        igual a 10-4 são idênticos aos obtidos com 10-5.

                                   Tempo de computação ~40 % inferior.
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                   Simulação das fases de
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o    enchimento e cura em
CFX
                                                                                                      RIM

    Casos de estudo 3 e 4:
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                         Simulação das fases de
  Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o          enchimento e cura em
  CFX
                                                                                                              RIM




                          6320 hexaedros




Simetria → ¼ das geometrias modelado
                                                                                               6400 hexaedros
CD = 5
Timestep = 4×10-4 s
Residuals Target = 10-4
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                   Simulação das fases de
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o    enchimento e cura em
CFX
                                                                                                      RIM

                                               Tempo de computação
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                   Simulação das fases de
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o    enchimento e cura em
CFX
                                                                                                      RIM
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica                                   Simulação das fases de
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o    enchimento e cura em
CFX
                                                                                                      RIM
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o
CFX




                                           Conclusões
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o
                                                                                             Conclusões
CFX



O modelo Homogéneo é incapaz de modelar correctamente o
processo de enchimento.

Implementação do modelo Não Homogéneo juntamente com a
condição de livre escorregamento para o ar.
        CD = 5 é o melhor valor para o enchimento estudado.


Equação de cura: equação de transporte para uma variável
adicional escalar, com um termo fonte.
        Esquemas transitório de 2ª ordem e advectivo High Resolution
        são os mais precisos.


As equações de movimento, cura e energia (10 equações
diferenciais) são implementadas conjuntamente.
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o
                                                                                             Conclusões
CFX




Os resultados obtidos com o CFX reproduzem com
  boa fidelidade outros resultados disponíveis.


Tempos de computação consideravelmente longos,
mesmo para malhas com reduzido número de elementos.
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica
Simulação Numérica Engenharia Mecânica em 06 de JunhoMoulding, usando o
Mestrado em das Fases de Enchimento e Cura Reaction Injection de 2007
CFX




                  Numerical Simulation of the Filling and Curing Stages in
                         Reaction Injection Moulding, using CFX



               Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em
                      Reaction Injection Moulding, usando o CFX
Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica
Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o
CFX

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Simulação RIM usando CFX

  • 1. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Mestrado em Engenharia Mecânica 06 de Junho de 2007 Numerical Simulation of the Filling and Curing Stages in Reaction Injection Moulding, using CFX Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o CFX Rui Igreja Y [mm] 1.6 1.2 0. 6 0. 7 0. 8 oint) el p 0.5 0.8 (g 0.85 0.4 0.9 0. 3 0.96 0.2 0.4 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 X [m]
  • 2. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o CFX Introdução
  • 3. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o Introdução CFX MATERIAIS POLIMÉRICOS SINTÉTICOS Termoplásticos Termo endurecíveis As longas moléculas não estão Inicialmente constituídos por pequenas quimicamente ligadas: moléculas. Podem ser conformados e Através de aquecimento ou misturados reconformados repetidamente. com reagentes, sofrem uma reacção química irreversível causando a ligação das moléculas e a formação de uma estrutura rígida tridimensional.
  • 4. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o Introdução CFX Reaction Injection Moulding (RIM) A mistura é injectada Isocianato para dentro do molde Flúem para uma câmara de mistura Dois componentes líquidos, normalmente Câmara de mistura Molde Isocianato e Poliol Os componentes são intensamente misturados Onde se dá o processo de polimerização, ou cura Poliol
  • 5. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o Introdução CFX
  • 6. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o Introdução CFX RIM - VANTAGENS:  Baixa viscosidade (0.1 – 1 Pa∙s): • Produção de peças grandes e complexas, com insertos. • Baixas pressões são suficientes: − Prensas baratas. − Moldes pouco resistentes e baixo custo: • Opção de uso de reforços: − Structural Reaction Injection Moulding (SRIM). − Reinforced Reaction Injection Moulding (RRIM).  Baixas temperaturas: baixos requisitos energéticos.
  • 7. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o Introdução CFX RIM - DESVANTAGENS:  Baixa viscosidade: • Dificuldade em selar os moldes. • A resina adere às superfícies do molde: • Se o enchimento for muito rápido, podem formar-se bolhas (principal causa de sucata).  Baixa pressão: • Dificuldade em remover bolsas de ar de esquinas e de atrás de insertos → Importância da localização das saídas de ar (vents).  Cura: • Se o enchimento for lento pode dar origem a short shot.
  • 8. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o Introdução CFX SIMULAÇÕES DE MOLDAÇÃO POR INJECÇÃO  Começaram nos anos 70: • Enchimento de geometrias simples (tubulares, circulares e rectangulares): abordagem − Escoamento: unidireccional. 1½D − Temperatura: bidimensional.  O grande avanço surgiu, no início dos anos 80, com a abordagem 2½D: • O campo de pressões: 2D, através de FEM. • Os campos de velocidades e temperatura: 3D, através de FDM.  Simulações completas 3D surgiram mais recentemente: • Grande esforço computacional.
  • 9. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o Introdução CFX ABORDAGEM 2½D HELE-SHAW Continua a ser a abordagem standard em simulações de moldação por injecção Moldação por injecção:  Espessura muito menor que as outras dimensões. Baixo Re  Alta viscosidade (não totalmente válido para RIM) .  O efeito de inércia é desprezado.  A componente da velocidade na direcção da espessura do molde é considerada nula.  O gradiente de velocidades na direcção da espessura é muito maior que nas outras direcções.  A condução de calor na direcção da espessura é muito maior que nas outras direcções.
  • 10. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o Introdução CFX ABORDAGEM 2½D HELE-SHAW As equações de continuidade e quant. de movimento são simplificadas e combinadas numa única equação tipo Poisson, em termos de pressão, p, e fluidez (fluidity), S: ∂ h  ∂  ∂p  ∂  ∂p   ∫0 ρ dz ÷ −  S × ÷− S × ÷= 0 (Resolvida através de FEM) ∂t   ∂x  ∂x  ∂y  ∂y  h z2 S = ∫ ρ × dz 0 µ Equação de energia simplificada:  ∂T ∂T ∂T  ∂  ∂T  (Resolvida através ρ ×Cp × + u × + v × ÷=  k × ÷+ µ ×γ 2 + Q R & & de FDM)  ∂t ∂x ∂ y  ∂z  ∂z  ∂p h z ∂p h z ∂ x ∫z µ ∂ y ∫z µ u=− × dz v=− × dz
  • 11. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o Introdução CFX ABORDAGEM 2½D HELE-SHAW O espaço em memória necessário e o tempo de computação são consideravelmente reduzidos comparando com simulações 3D. Limitações: A inércia e os efeitos 3D podem ser suficientemente significativos para influenciar o escoamento: Peças complexas e espessas. Em situações de separação do escoamento. Onde a espessura mude abruptamente. Em regiões em redor de bossas, nervuras e esquinas. Junto da frente de enchimento: fountain flow (importante em RIM). Em RIM, devido à baixa viscosidade, a inércia e a força gravítica não devem ser omitidos.
  • 12. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o Introdução CFX MOTIVAÇÕES: Uma abordagem 3D será muito mais valiosa que uma 2½D. Em RIM: Baixa viscosidade; geometrias complexas; presença de insertos; importância de determinar com precisão o escoamento na frente de enchimento. Extremamente pouco foi já feito relativamente a simulações de moldação por injecção recorrendo a softwares comercias de CFD. Apesar das simulações 3D ainda serem notórias pelo excessivo esforço computacional, prevê-se que aumentem no futuro próximo. Softwares comerciais de CFD são mais baratos que softwares especializados de injecção de moldes, e mais versáteis que estes. Melhor conhecimento do processo RIM.
  • 13. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o Introdução CFX OBJECTIVOS: Avaliar o potencial do software comercial de CFD, CFX-5 (ANSYS CFX), para simular os processos simultâneos de enchimento e cura presentes no processo RIM.
  • 14. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o CFX Simulação do processo de enchimento
  • 15. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX Quando as fases estão completamente estratificadas e a interface é bem definida → Ambas as fases têm um único campo de velocidades Modelo Homogéneo ( Homogeneous Model ) Conservação da massa total: As 3 componentes da equação de quantidade de movimento: Conservação da massa da fase α: 6 Equações e 6 incógnitas: As duas fases preenchem o volume disponível: p, U (u, v, w), rα e rβ
  • 16. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX O CFX é baseado no Método dos Volume Finitos (FVM), e cada nó da malha está no centro de um volume de controlo finito As equações são integradas para todos os volumes de controlo, e os integrais de volume transformados em integrais de superfície (Teorema de Divergência de Gauss): Os integrais de superfície são transformados num somatório de integrais ao longo de cada face do volume finito: Os integrais de cada face são discretamente representados nos pontos de integração:
  • 17. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX Caso de estudo: Enchimento entre 2 placas paralelas com uma resina com densidade e viscosidade constantes
  • 18. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX t = 0.35 s A interface não toca nas paredes: Existe uma “camada de ar” entre a resina e as paredes. → Perfil de velocidades errado → Erros nos termos advectivos nas equações da energia e de cura. → Menor contribuição viscosa para a pressão.
  • 19. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX 2ª Lei de Newton na direcção x:
  • 20. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX Erros: PCFX – PCFX(grav) malha1 malha2 malha3 malha4 - 35.4 % - 33.3 % - 32.4 % - 30.4 %
  • 21. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX Este comportamento já foi mencionado por alguns autores: A condição de fronteira de não escorregamento nas paredes (fisicamente correcta) imposta ao ar impede a frente de enchimento de tocar nas paredes. Ela deverá ser imposta apenas na parte já cheia da molde. O CFX não permite condições de fronteira condicionais: → Modelo não Homogéneo (Inhomogenous Model): Cada fase tem o seu próprio campo de velocidades. Elas interagem através de termos de transferência interfásicos.
  • 22. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX Modelo não Homogéneo: Conservação da massa da fase α: Conservação da massa da fase β: As 3 componentes da equação de quantidade As 3 componentes da equação de quantidade de movimento da fase α: de movimento da fase β: Transferência interfásica de quantidade de movimento As duas fases preenchem o volume disponível: 9 Equações e 9 incógnitas: p, Uα (uα, vα, w α), Uβ (uβ, vβ, wβ), rα e rβ
  • 23. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX Coeficiente de arrasto adimensional uuuuu r uuu uuur uuu uuur r r M αβ = CD ×ραβ ×A αβ × Uβ − U α × Uβ − U α ( ) Massa volúmica da mistura: Área interfacial por unidade de volume: ραβ = ρα ×rα + ρβ ×rβ rα ×rβ A αβ = d αβ Escala de comprimento da interface Os valores individuais de dαβ e CD não interessam, mas sim o seu quociente
  • 24. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX Enchimento entre 2 placas paralelas com uma resina com densidade e viscosidade constantes Modelo não Homogéneo 0.05 Condição fronteira 0.5 de escorregamento dαβ = 1 mm CD = 5 livre para o ar (valor ‘por defeito’ do CFX) 50 500
  • 25. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX Modelo não Homogéneo: CD = 0.05 CD = 0.5 CD = 5 CD = 50 Modelo Homogéneo: Para CD = 0.05, 0.5 e 5 a interface toca nas paredes. Para CD = 50 o comportamento torna-se semelhante ao Modelo Homogéneo.
  • 26. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX Erros: PCFX – PCFX(grav) Modelo Homogéneo - 33.3 % Modelo não Homogéneo CD = 0.05 CD = 0.5 CD = 5 CD = 50 CD = 500 - 4.1 % - 3.5 % - 4.1 % - 14.5 % - 26.1 %
  • 27. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX CD = 0.05 CD = 0.5 CD = 0.05 CD = 5 CD = 50
  • 28. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do processo Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o de enchimento CFX Dos valores analisados, CD = 5 é o mais adequado para este processo de enchimento.
  • 29. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o CFX Simulação do processo de cura
  • 30. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o processo de cura CFX Polimerização ou cura da resina Taxa de cura (C: grau de cura): T ↑ ⇒ SC ↑ Viscosidade: Geração de calor: C↑ ⇒ µ T↑ ⇒ µ ↑ ↓
  • 31. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o processo de cura CFX
  • 32. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o processo de cura CFX A equação de cura é implementada como uma equação de transporte para uma variável escalar adicional (grau de cura, C), com um termo fonte. Esquema transitório de 1ª ordem: Esquema advectivo High Resolution: 0≤β≤1 Esquema transitório de 2ª ordem: Esquema advectivo Compressivo: 0≤β≤2
  • 33. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o processo de cura CFX Para um enchimento unidimensional: U = (u, 0, 0)
  • 34. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o processo de cura CFX Os resultados mais precisos foram obtidos com a combinação do esquema transitório de 2ª ordem com o esquema advectivo High Resolution
  • 35. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação do Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o processo de cura CFX Simulação das fases de enchimento e cura em RIM
  • 36. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM Equação da energia: ∂ ( rα ×ρα ×h α ) uuur ∂t ( ) + ∇ • rα ×ρα ×h α ×U α = ∇ • ( k α ×∇Tα ) + SEα Fonte de calor:
  • 37. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM Casos de estudo 1 e 2: Poliuretano Caso 1 Caso 2 L Comprimento 0.505 0.487 [m] W Largua 0.101 0.101 [m] H Espessura 3.2 3.2 [mm] Qin Caudal de entrada 33.5 27.5 [cm3/s] Tin Temperatura à entrada 55.3 54.0 [ºC] Tw Temperatura das 82.0 70.0 [ºC] paredes
  • 38. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM W >> H → 2D Simetria → Metade da geometria modelada Malhas: Malha 1 Malha 2 (5 elementos na espessura) (10 elementos na espessura) CD = 5 (Modelo Não Homogéneo) Timestep = 4×10-4 s 10-3 Critério de convergência dos resíduos = 10-4 10-5 Durante o enchimento todas as equações são resolvidas; após o enchimento apenas as equações de cura e energia são resolvidas.
  • 39. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM Tempo de computação Caso 1 Caso 2
  • 40. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM Caso 2 Grau de cura Temperatura [ºC] Y [mm] Y [mm] 1.6 1.6 1.2 1.2 4s 100 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0.8 0.8 70 80 90 60 0.4 0.4 0 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 X [m] X [m] Y [mm] Y [mm] 1.6 1.6 1.2 1.2 0. 85 5.7 s 0. 1 0. 2 150 0. 3 0. 4 0. 0.8 0. 0.8 14 0 5 6 70 80 130 90 120 60 0. 8 0. 11 10 7 0 0 0.4 0.4 0 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 X [m] X [m] Y [mm] Y [mm] 1.6 1.6 80 1.2 1.2 90 10 0 7.6 s 0.6 t) 110 7 8 poin 12 0 0. 0. g el 0. 5 0.8 0.8 13 0 85 ( 0. 4 0. 0. 9 14 0 0. 3 80 0. 96 0. 2 150 0.4 0.4 0 16 170 0 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 X [m] X [m] Y [mm] Y [mm] 1.6 . 5 1.6 0 80 0. 6 0.7 90 100 1.2 0. 8 in t) 1.2 110 0. 85 (g el po 0.8 0.9 10 s0.8 13 0 120 14 0 150 0.4 0.4 8 0 0. 9 15 16 0 0 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 X [m] X [m]
  • 41. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM Final do enchimento Grau de cura Temperatura 1.0 1.0 05 0. 0.05 0.8 = 0.8 x* x* = x* = 1 x* = 0 0.6 x*=1 0.6 58 0. y* y* = 0.58 x* 0.4 0.4 x* = x* = 0.92 0.2 0.2 .92 0 x*= 0 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 60 80 100 120 140 160 C T[ºC] Caso 2
  • 42. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM Pressão P [Pa] CFX P [Pa] [39] Numerical 2.5E+04 1.E+05 [39] Experimental Press(visc0) 2.0E+04 CFX 8.E+04 [39] Numerical 1.5E+04 [39] Numerical - Lengthing Reactor 6.E+04 [39] Experimental 1.0E+04 4.E+04 5.0E+03 2.E+04 0.0E+00 0.E+00 0 1 2 3 4 5 t [s] 0 1 2 3 4 5 t [s] 6 Caso 1 Caso 2
  • 43. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM T [ºC] CFX (Mesh 1) CFX (Mesh 2) 170 [39] Numerical [39] Experimental 150 [72] Numerical Center 130 0.6 110 0.7 0.9 90 Tw 70 Tin 50 2 4 6 8 10 12 t [s] Caso 1
  • 44. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM Caso 1 Caso 1 2 Caso
  • 45. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM Os resultados obtidos com o Residuals Target igual a 10-4 são idênticos aos obtidos com 10-5. Tempo de computação ~40 % inferior.
  • 46. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM Casos de estudo 3 e 4:
  • 47. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM 6320 hexaedros Simetria → ¼ das geometrias modelado 6400 hexaedros CD = 5 Timestep = 4×10-4 s Residuals Target = 10-4
  • 48. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM Tempo de computação
  • 49. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM
  • 50. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação das fases de Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o enchimento e cura em CFX RIM
  • 51. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o CFX Conclusões
  • 52. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o Conclusões CFX O modelo Homogéneo é incapaz de modelar correctamente o processo de enchimento. Implementação do modelo Não Homogéneo juntamente com a condição de livre escorregamento para o ar. CD = 5 é o melhor valor para o enchimento estudado. Equação de cura: equação de transporte para uma variável adicional escalar, com um termo fonte. Esquemas transitório de 2ª ordem e advectivo High Resolution são os mais precisos. As equações de movimento, cura e energia (10 equações diferenciais) são implementadas conjuntamente.
  • 53. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o Conclusões CFX Os resultados obtidos com o CFX reproduzem com boa fidelidade outros resultados disponíveis. Tempos de computação consideravelmente longos, mesmo para malhas com reduzido número de elementos.
  • 54. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica Engenharia Mecânica em 06 de JunhoMoulding, usando o Mestrado em das Fases de Enchimento e Cura Reaction Injection de 2007 CFX Numerical Simulation of the Filling and Curing Stages in Reaction Injection Moulding, using CFX Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o CFX
  • 55. Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Simulação Numérica das Fases de Enchimento e Cura em Reaction Injection Moulding, usando o CFX