Autor(es):
Igreja, Rui Alexandre Aires da Trindade 
Data: 2007
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/2419
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Engenharia mecânica; Moldagem por injecção; Simulação numérica; Transferência de calor
Descrição
Os métodos habitualmente utilizados para a simulação de injecção em
moldes envolvem um número considerável de simplificações, originando
reduções significativas do esforço computacional mas, nalguns casos
também limitações. Neste trabalho são efectuadas simulações de Reaction
Injection Moulding (RIM) com o mínimo de simplificações, através da
utilização do software de CFD multi-objectivos CFX, concebido para a
simulação numérica de escoamentos e transferência de calor e massa.
Verifica-se que o modelo homogéneo para escoamentos multifásicos do
CFX, geralmente considerado o apropriado para a modelação de
escoamentos de superfície livre em que as fases estão completamente
estratificadas, é incapaz de modelar correctamente o processo de
enchimento. Este problema é ultrapassado através da implementação do
modelo não homogéneo juntamente com a condição de fronteira de
escorregamento livre para o ar.
A reacção de cura é implementada no código como uma equação de
transporte para uma variável escalar adicional, com um termo fonte. São
testados vários esquemas transitórios e advectivos, com vista ao
reconhecimentos de quais os que produzem os resultados mais precisos.
Finalmente, as equações de conservação de massa, quantidade de
movimento, cura e energia são implementadas conjuntamente para simular
os processos simultâneos de enchimento e cura presentes no processo
RIM. Os resultados numéricos obtidos reproduzem com boa fidelidade
outros resultados numéricos e experimentais disponíveis, sendo
necessários no entanto tempos de computação consideravelmente longos
para efectuar as simulações.
ABSTRACT: Commonly used methods for injection moulding simulation involve
considerable number of simplifications, leading to a significant reduction of
the computational effort but, in some cases also to limitations. In this work,
Reaction Injection Moulding (RIM) simulations are performed with
minimum of simplifications, by using the general purpose CFD software
package CFX, designed for numerical simulation of fluid flow and heat and
mass transfer.
The CFX’s homogeneous multiphase flow model, which is generally
considered to be the appropriate choice for modelling free surface flows
where the phases are completely stratified and the interface is well defined,
is shown to be unable to model the filling process correctly. This problem is
overcome through the implementation of the inhomogeneous model in
combination with the free-slip boundary condition for the air phase.
The cure reaction is implemented in the code as a transport equation for an
additional scalar variable, with a source term. Various transient and
advection schemes are tested to determine which ones produce the most
accurate results.
Finally, the mass conservation, momentum, cure and energy equations are
implemented all together to simulate the simultaneous filling and curing
processes present in the RIM process. The obtained numerical results
show a good global accuracy when compared with other available
numerical and experimental results, though considerably long computation
times are required to perform the simulations. Mestrado em Engenharia Mecânica
