Departamento de Matemática Aplicada Manual de uso de la aplicación THESIF 1.0

Transcripción

1 Departamento de Matemática Aplicada Manual de uso de la aplicación THESIF 1.0 Alfredo Bermúdez de Castro María Dolores Gómez Pedreira María del Carmen Muñiz Castiñeira Francisco José Pena Brage María del Pilar Salgado Rafael Vázquez Hernández 18 de junio de 2007

2 Tabla de contenidos 1. DESCRIPCIÓN COMPONENTES MENÚ FOLDER (CARPETA DE TRABAJO) MENÚ MESH (SELECCIÓN DE MALLAS) MENÚ DATA (SELECCIÓN DE DATOS) MENÚ SIMULATION (LANZAMIENTO DEL RESOLVEDOR) MENÚ GRAPH (VISUALIZACIÓN DE GRÁFICOS) CAPTURA DE EVENTOS DEL RATÓN ANEXO Descripción La aplicación está diseñada para modelar el calentamiento por inducción electromagnética. Este es un proceso que involucra fenómenos electromagnéticos, fenómenos térmicos con cambio de estado y fenómenos hidrodinámicos en las fases líquidas del metal. La aplicación permite seleccionar la malla del dominio y los datos del modelo; resolver el proceso anterior en estado estacionario y/o evolutivo; representar los campos obtenidos. 2. Componentes La aplicación posee una ventana gráfica con un menú a través del que se realizan todas las acciones. Este menú contiene los siguientes ítems: 2.1. Menú Folder (Carpeta de trabajo) El usuario debe seleccionar una carpeta de su disco duro donde se guardarán los resultados de una ejecución. Para ello, el ítem contiene los siguientes apartados Create (Crear una carpeta) Permite crear una subcarpeta que cuelgue de la carpeta que contiene al ejecutable de la aplicación ( carpeta de trabajo ). Select (Seleccionar una carpeta) Permite seleccionar una carpeta de trabajo. En la carpeta seleccionada se guardarán los datos y los resultados que produzca la aplicación. Delete (Borrar una carpeta) Permite borrar una carpeta de trabajo y todo su contenido. Exit (Salir de la aplicación) Permite salir de la aplicación 2

3 2.2. Menú Mesh (Selección de mallas) El programa trae tres mallas por defecto: para el problema térmico, para el electromagnético y para el hidrodinámico. Si el usuario desea usar otras mallas, debe o indicar de dónde cargarlas (Given by the user) o o dónde crearlas (Constructed by the program). Para esta última opción, es necesario que se adjunte el módulo mallador, que no viene incluido de serie en esta versión de la aplicación. Las mallas, al contrario que el resto de los datos y resultados de una simulación no tienen por qué guardarse en la carpeta de trabajo. Esto es así porque una misma malla puede servir para muchas simulaciones, por lo que sería un innecesario gasto de espacio el guardar una copia de la misma malla en cada carpeta donde se usase. En el cuadro de diálogo que se abre al pulsar en Given by user, el usuario puede indicar la ruta absoluta para encontrar la malla o bien indicar la ruta relativa desde el DEFAULT PATH. El lugar por defecto donde se espera que las mallas estén guardadas es en..\meshes\. Asimismo, el usuario puede indicar el formato de la malla de entre los formato pre-programados en la aplicación Menú Data (Selección de datos) El usuario puede modificar en este menú los datos más relevantes del modelo. Geometry (Geometría del dominio) En este ítem el usuario describe la geometría del dominio, indicando las dimensiones del horno y de las bobinas. Este ítem sólo es necesario cuando la malla va a ser construida por el programa mallador. Referencias de la malla En este ítem el usuario indica los números de referencia que poseen las fronteras en las mallas facilitadas al programa. Los valores por defecto son los correspondientes a las mallas que la aplicación trae consigo. Este ítem sólo es necesario cuando alguna malla va a ser suministrada por el usuario (ver menú Mesh). Estos datos son necesarios para que el programa resolvedor asigne correctamente las condiciones de contorno. Materiales Cada sub-dominio definido en la malla debe tener un material asociado. En este ítem se puede asignar a cada capa del crisol y a cada bobina y al metal, un material de la base de materiales. Hasta ahora, los materiales pre-programados en la aplicación son Silicon, Graphite, Alumina, Cupper y Magnesia. A continuación, vienen los ítems relativos a las magnitudes físicas del problema térmico, que se deben introducir para los distintos materiales. En el caso de las magnitudes físicas que dependen de la temperatura, como la densidad o la conductividad eléctrica, las posibilidades para introducir estas magnitudes son o como un valor constante, o mediante una tabla de valores o o mediante un polinomio del que se conocen sus coeficientes. Además, tenemos la posibilidad de visualizar la gráfica de la magnitud física frente a la temperatura pulsando en el botón Graph. 3

4 Para el problema térmico se precisan las siguientes magnitudes físicas para cada uno de los materiales: o densidad, o calor específico, o conductividad térmica, o emisividad. En el ítem Phase change (Cambio de fase) se permite introducir la temperatura de cambio de fase y calor latente de fusión del metal de la base de materiales ( Silicon ). A continuación, vienen las magnitudes físicas del problema electromagnético, que se deben introducir para los distintos materiales: o intensidad de corriente (constante), o frecuencia de la corriente alterna (constante), o permeabilidad magnética relativa, o conductividad eléctrica. A continuación, vienen los ítems relativos a los datos del problema hidrodinámico, que se deben introducir para los distintos materiales. o viscosidad dinámica. Finalmente, en el ítem Transient Data (Datos del proceso evolutivo) se permite introducir los tiempos inicial y final y los pasos de tiempo usados por el programa resolvedor Menú Simulation (Lanzamiento del resolvedor) Steady Solver (Simulación del proceso estacionario) Llama al programa resolvedor para el caso estacionario. El resolvedor crea una serie de ficheros correspondientes a la solución del problema termoeléctrico (sin parte hidrodinámica). Estos ficheros corresponden a los siguientes campos: o temperatura (fichero fictem.0 ), o fuerza de Lorentz (fichero fiflo.0 ) y o efecto Joule (fichero fijou.0 ). Además, el programa crea ficheros para la entalpía (ficent) y la densidad de corriente (fijmodk) que, debido a que habitualmente son secundarios, no se han incluído entre los ficheros detectados por el interfaz. Estos ficheros pueden ser visualizados usando la opción de Another field (ver menú Graph ). Durante la ejecución del resolvedor, el usuario puede usar el interfaz para visualizar los campos que esté va creando en tiempo real. Transient Solver (Simulación del proceso evolutivo) Llama al programa resolvedor para el caso evolutivo. El resolvedor crea una serie de ficheros correspondientes a la solución del problema termoeléctrico e hidrodinámico. Los campos adicionales para el transitorio son, por tanto, o presión (fichero fipre ) y o velocidad (fichero fivel ). El resolvedor crea los ficheros y coloca como extensión el paso de tiempo en el que fueron calculados. El resolvedor crea, además, el fichero solver.dat, que contiene una 4

5 lista que identifica cada instante de tiempo con su correspondiente paso de cálculo. Este fichero es necesario para que el interfaz sepa cómo realizar la conversión entre pasos e instantes de tiempo Menú Graph (Visualización de gráficos) Mesh (Visualización de la malla) Se permite visualizar las mallas usadas en la simulación de la carpeta de trabajo. También se permite visualizar otra malla distinta pulsando en Another mesh. El programa colorea por defecto las fronteras de la malla, según los números de referencia. Si se desea colorear los subdominios, puede escogerse tal posibilidad en el botón Opciones. Scalar Field (Visualización de campos escalares) Se permite visualizar un campo escalar calculado por el programa u otro cualquiera tras indicar su localización y formato. Es necesario indicar el paso de tiempo correspondiente al campo y la parte del dominio sobre el que se quiere ver el campo. El botón Full Range permite visualizarlo sobre todo dominio. En el botón Opciones podemos escoger entre usar todo el rango de valores del campo para aplicar la paleta de colores o usar sólo el rango de valores de la porción del campo que se ve en la ventana. Vector Field (Visualización de campos vectoriales) Ídem para campos vectoriales. Spatial Cut (Visualización de un corte espacial de un campo) Permite visualizar varios cortes rectilíneos hechos a un campo escalar. En el caso de campos vectoriales, permite trabajar una de sus componentes o el módulo. Time Cut (Visualización de la evolución del campo en varios puntos del dominio) Permite observar la evolución a lo largo del tiempo de un campo escalar en uno o varios puntos de la malla. En el caso de campos vectoriales, trabajar una de sus componentes o el módulo Captura de eventos del ratón Zoom Además del menú, el usuario puede usar el botón izquierdo del ratón para hacer un zoom sobre cualquiera de las visualizaciones. Basta con pinchar en dos esquinas opuestas de un rectángulo para que pase a ser la zona en la que se visualiza el campo. Asimismo, el botón derecho sirve para volver a la visualización anterior en cualquier ventana. Valores de campos escalares Haciendo doble click con el botón izquierdo, se imprime el valor de un campo escalar en el punto seleccionado. 5

6 3. Anexo A continuación, presentamos un esquema del menú de la aplicación: Folder Create Select Delete Exit Mesh Data Simulation Given by user Geometry Steady Solver Constructed Reference Transient by the program Materials Density Specific Heat Thermal conductivity Emissivity Phase change Intensity Frequency Relative magnetic permeability Solver Electric conductivity Dynamic Viscosity Transient data Graph Mesh Scalar Field Vector Field Spatial Cut Time Cut 6