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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃昱棠
研究生(外文):Yu-Tang Huang
論文名稱:注漿成型之沉積行為探討:藉由耦合計算流體力學與離散元素法
論文名稱(外文):Investigation of particles and sediment behavior for the slip casting process by coupling CFD and DEM
指導教授:陳國慶陳國慶引用關係
口試日期:2017-07-18
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:應用力學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:注漿成型離散元素法有限體積法顆粒沉積流體力學
外文關鍵詞:Slip castingDiscrete element methodFinite volume methodParticle depositionFluid mechanics
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本文主要在探討注漿成型中顆粒物質之運動行為。在陶瓷工業裡,注將成型是ㄧ個相當重要的技術,此技術主要藉由漿料與模具的物理作用,例如沉澱現象、毛細現象、物裡碰撞等。在漿料與模具進行相互作用時,顆粒材料的沉積容易造成堆積不均勻的現象,此現象會導致燒結的物體出現裂紋或碎裂,因而增加產品的不良率。ㄧ般而言,注漿成型的過程中,難以利用儀器去檢測顆粒沉積時所產生的不均勻現象,因此我們藉由模擬方法來探討注漿成型過程中顆粒物質的運動行為。

本研究主要利用有限體積法與離散元素法來模擬注漿成型之沉積過程。在模擬方法可以分成兩部份,第一部份為利用ANSYS FLUENT軟體進行注漿成型之沉積過程模擬;第二部份為利用ANSYS FLUENT與EDEM兩套軟體進行雙向耦合,來模擬離散元素法應用於注漿成型之沉積過程。

本研究採用不同的物理量來進行顆粒沉積過程的識別之工作,此識別指標分別為體積分率、速度、壓力和顆粒分佈等。藉此,來探討各指標之性質於注漿成型之沉積過程,並利用各指標進行比較、分類、統整。
摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 VI

第 一 章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 固液多相流 2
1.2.2 離散元素法之介紹 2
1.2.3 計算流體力學簡介 4
1.2.4 有限元素與離散元素耦合 5
1.2.5 驗證DEM-CFD模擬 6
1.2.6 微顆粒捕捉 7
1.2.7 陶瓷與注漿成型 9
1.2.8 土坯(Cake) 11
1.2.9 孔隙率 14
1.2.10 漿料穩定與黏度 17

第 二 章 數值模擬與理論 18
2.1 流體力學理論 19
2.1.1 流體力學統御方程式 19
2.1.2 流體力學紊流方程式 19
2.1.3 孔隙介質理論 21
2.1.4 達西定律 (Darcy Law) 22
2.1.5 慣性損失(Inertial Losses) 22
2.2 尤拉模型理論Eulerian Model Theroy 23
2.2.1 固-液動量方程式 23
2.2.2 固相壓力 24
2.2.3 顆粒黏滯力 25
2.3 DEM-CFD 耦合 26
2.3.1 DEM-CFD耦合方法之介紹 26
2.3.2 顆粒體積計算 27
2.4 注漿成形理論 28
2.4.1 顆粒產生速率與沉積高度預估 28
2.4.2 堆積密度 30
2.4.3 堆積密度預測公式 30

第 三 章 離散元素軟體介紹 32
3.1 離散元素之求解過程 33
3.2 離散元素法理論 34
3.2.1 離散元素法模型假設 34
3.2.2 運動方程式 37
3.2.3 接觸力計算 38
3.2.4 彈性係數的定義 40
3.2.5 阻尼係數的定義 41
3.2.6 離散元素法碰撞過程 41
3.3 網格原理與顆粒檢測過程 43

第 四 章 注漿成型模擬-連續體方法 48
4.1 二維二相流模擬之配置 48
4.2 模擬結果-二維二相流 49
4.3 模擬結果-二維三相流 55

第 五 章 注漿成型模擬-EDEM與FLUENT的耦合 62
5.1 離散元素法與有限元素法三維二相流之模擬 63
5.1.1 模型設置 63
5.1.2 模擬結果 66
5.2 離散元素法與有限元素法顆粒三維三相自然沉降之模擬 71
5.2.1 模型設置 71
5.2.2 模擬結果 72

第 六 章 結論與未來展望 78
6.1 結論 79
6.2 未來展望 80
參考文獻…………………………………………………………………...………...81
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