Figura 4.5 – Superfície de contorno de velocidades a 3,9 m do piso após 20 s de acionamento da motosserra.

CFD Simulation of an exhaust system in chainsaw cutting test room

Área de Concentração: Energia e Fenômenos de Transporte
Orientador: Prof. Diogo Elias da Vinha Andrade
Comissão de Avaliação:
Profa
. Letícia Jenisch Rodrigues
Prof. Francis Henrique Ramos França
Prof. Paulo Smith Schneider

Abstract

The objective of the present work is to improve an exhaust system for a chain saw
cutting test room through a fluid dynamic computational simulation (CFD). The purpose of the
designed system is to remove combustion gases, such as carbon monoxide (CO), which is
extremely toxic, colourless and inodorous. The current system consists of a set of exhaust fans,
a hood and an insufflation set. From experimental tests, the input data of the simulation were
collected to define the variables and boundary conditions such as volumetric flow of CO, its
temperature and density and the supply of fresh air in the room. The necessary means of
instrumentation are presented so that it is possible to obtain the correlation with the results of
the simulation and, once validated, a study of mesh refinement was carried out. With this, the
possible solutions to the problem are evaluated through a case study involving the geometry of
the hood and the exhaust and insufflation systems. By changing the hood geometry, the most
satisfactory result was obtained for the problem, as it was shown to be able to remove all CO
from the room, respecting the proposed operational limits.

현재 연구의 목적은 유체 역학 계산 시뮬레이션(CFD)을 통해 체인 톱 절단 시험실의 배기 시스템을 개선하는 것입니다. 설계된 시스템의 목적은 매우 유독하고 무색이며 냄새가 나는 일산화탄소(CO)와 같은 연소 가스를 제거하는 것입니다. 현재 시스템은 배기 팬 세트, 후드 및 흡입 세트로 구성됩니다. 실험 테스트에서 시뮬레이션의 입력 데이터는 CO의 체적 유량, 온도 및 밀도, 실내의 신선한 공기 공급과 같은 변수 및 경계 조건을 정의하기 위해 수집되었습니다. 시뮬레이션 결과와의 상관관계를 얻을 수 있도록 필요한 계측 수단을 제시하고 검증 후 메쉬 미세화 연구를 수행했습니다. 이를 통해 후드의 기하학적 구조와 배기 및 흡입 시스템과 관련된 사례 연구를 통해 문제에 대한 가능한 솔루션을 평가합니다. 후드 형상을 변경함으로써 제안된 작동 한계를 준수하면서 실내에서 모든 CO를 제거할 수 있는 것으로 나타났기 때문에 문제에 대해 가장 만족스러운 결과를 얻었습니다.

Keywords

carbon monoxide, exhaust system, CFD simulation.

Figura 3.2 – Geometria simplificada da sala de testes da primeira versão.
Figura 3.2 – Geometria simplificada da sala de testes da primeira versão.
Figura 3.4 – Velocidade nos sensores de velocidade para verificar independência de malha para cada refino após 20 s do acionamento da motosserra.
Figura 3.4 – Velocidade nos sensores de velocidade para verificar independência de malha para cada refino após 20 s do acionamento da motosserra.
Figura 3.4 – Velocidade nos sensores de velocidade para verificar independência de malha para cada refino após 20 s do acionamento da motosserra.
Figura 3.4 – Velocidade nos sensores de velocidade para verificar independência de malha para cada refino após 20 s do acionamento da motosserra.
Figura 3.5 – Vista em detalhe da coifa e os elementos que a compõe.
Figura 3.5 – Vista em detalhe da coifa e os elementos que a compõe.
Figura 3.6 – Geometrias das versões simuladas do Teste de Casos.
Figura 3.6 – Geometrias das versões simuladas do Teste de Casos.
Figura 4.1 – Concentração de CO medida pelos sensores da simulação.
Figura 4.1 – Concentração de CO medida pelos sensores da simulação.
Figura 4.2 – Plano indicando os três cortes realizados na simulação para as superfícies de contorno sendo (1) a altura do escape da máquina, (2) a altura dos detectores de CO e (3) a altura dos exaustores
Figura 4.2 – Plano indicando os três cortes realizados na simulação para as superfícies de contorno sendo (1) a altura do escape da máquina, (2) a altura dos detectores de CO e (3) a altura dos exaustores
Figura 4.3 – Superfície de contorno de velocidades a 1,3 m do piso após 20 s de acionamento da motosserra.
Figura 4.3 – Superfície de contorno de velocidades a 1,3 m do piso após 20 s de acionamento da motosserra.
Figura 4.4 – Superfície de contorno de velocidades a 1,5 m do piso após 20 s de acionamento da motosserra.
Figura 4.4 – Superfície de contorno de velocidades a 1,5 m do piso após 20 s de acionamento da motosserra.
Figura 4.5 – Superfície de contorno de velocidades a 3,9 m do piso após 20 s de acionamento da motosserra.
Figura 4.5 – Superfície de contorno de velocidades a 3,9 m do piso após 20 s de acionamento da motosserra.
Figura 4.6 – Superfície de contorno de massas específicas a 1,3 m do piso após 20 s de acionamento da motosserra.
Figura 4.6 – Superfície de contorno de massas específicas a 1,3 m do piso após 20 s de acionamento da motosserra.
Figura 4.7 – Superfície de contorno de massas específicas a 1,5 m do piso após 20 s de acionamento da motosserra.
Figura 4.7 – Superfície de contorno de massas específicas a 1,5 m do piso após 20 s de acionamento da motosserra.
Figura 4.8 – Superfície de contorno de massas específicas a 3,9 m do piso após 20 s de acionamento da motosserra.
Figura 4.8 – Superfície de contorno de massas específicas a 3,9 m do piso após 20 s de acionamento da motosserra.
Figura 4.9 – Volume total de monóxido ao longo do tempo na sala.
Figura 4.9 – Volume total de monóxido ao longo do tempo na sala.
Figura 4.9 – Vazão volumétrica de CO ao longo do tempo através da superfície de controle. As linhas contínuas representam curvas de ajuste aos dados simulados.
Figura 4.9 – Vazão volumétrica de CO ao longo do tempo através da superfície de controle. As linhas contínuas representam curvas de ajuste aos dados simulados.

REFERENCIAS

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