Výpočtové modelování přenosu tepla v porézních strukturách
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Vrstva okují, skládající se z oxidů železa, která se tvoří na povrchu oceli při jejím tepelném zpracování, má velký vliv na tepelné metalurgické procesy. Tepelná vodivost okují je jeden z klíčových parametrů pro numerické modelování procesů odkujování a chlazení oceli. Tato vodivost je nicméně silně ovlivňována porézní strukturou okují a žádná všeobecně uznávaná materiálová data nejsou v současnosti dostupná. Cílem této práce bylo provést stacionární tepelnou analýzu za účelem stanovení tepelné vodivosti vrstvy okují. Byl vytvořen podrobný 3D MKP model vrstvy okují založený na datech získaných pomocí CT skenování. Je popsáno získání CT obrazu a jeho zpracování. Využity byly dva různé způsoby segmentace. Pravidelná krychlová výpočetní síť byla vytvořena přímo z voxelové matice zpracovaného CT obrazu. Výsledné hodnoty tepelné vodivosti získané z provedené MKP analýzy byly téměř identické pro obě metody segmentace, což prokazuje jejich vhodnost. Výsledná tepelná vodivost okují může být dále využita jako materiálová charakteristika v numerických modelech tepelného zpracování oceli
The scale layer, consisting of porous iron oxides, formed on the steel surface during the heat treatment has a great impact on thermal metallurgical processes. The thermal conductivity of a scale is one of the key parameters for the numerical modeling of the steel cooling and descaling. However, the conductivity is highly influenced by the scale porous structure and at the present time no generally accepted material data exist. The goal of this thesis was to perform a thermal steady-state analysis to determine the thermal conductivity of the scale. A detailed 3D FE model of the scale layer based on a data acquired by CT scanning was created. The CT image acquisition and image processing are described. Two distinct segmentation approaches were implemented. A cubic uniform computational mesh was generated from the voxel matrix of the processed CT image. Performed FE analyses resulted into nearly same values of the scale thermal conductivity for both segmentation approaches, which indicates their correctness. The resulting thermal conductivity of the scale could be used as a material property in further numerical models of the heat treatment of a steel.
The scale layer, consisting of porous iron oxides, formed on the steel surface during the heat treatment has a great impact on thermal metallurgical processes. The thermal conductivity of a scale is one of the key parameters for the numerical modeling of the steel cooling and descaling. However, the conductivity is highly influenced by the scale porous structure and at the present time no generally accepted material data exist. The goal of this thesis was to perform a thermal steady-state analysis to determine the thermal conductivity of the scale. A detailed 3D FE model of the scale layer based on a data acquired by CT scanning was created. The CT image acquisition and image processing are described. Two distinct segmentation approaches were implemented. A cubic uniform computational mesh was generated from the voxel matrix of the processed CT image. Performed FE analyses resulted into nearly same values of the scale thermal conductivity for both segmentation approaches, which indicates their correctness. The resulting thermal conductivity of the scale could be used as a material property in further numerical models of the heat treatment of a steel.
Description
Citation
MRÁZ, K. Výpočtové modelování přenosu tepla v porézních strukturách [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Inženýrská mechanika a biomechanika
Comittee
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (předseda)
doc. Ing. Stanislav Věchet, Ph.D. (místopředseda)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Florian, CSc. (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2020-10-02
Defence
Student ve vymezeném čase prezentoval svoji závěrečnou práci. Poté byly předneseny posudky a zodpovězeny dotazy oponenta. Následně byly pokládány další otázky vztahující se k diplomové práci:
Jaký je rozdíl mezi konvenční a uniformní sítí konečných prvků? Jak velká byla hrana prvku?
Odkud byly vzaty teploty pro okrajové podmínky? Jak by jejich změna ovlivnila výsledky?
Proč byl vybrán zrovna mediánový filtr?
Vychází efektivní tepelná vodivost izotropní?
Řešil distribuci výpočtu na servery program sám?
Po zodpovězení všech dotazů bylo vystoupení hodnoceno jako výborné.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení