• Autor: Paweł Grzywacz
  • Tytuł pracy: Mathematical modeling of temperature field in the brake systems
  • Opiekunowie: Prof. dr hab. inż. Ryszard Białecki, Prof. Luiz C. Wrobel (Brunel University, West London, U.K

Procesy hamowania towarzyszą nam w życiu codziennym - zarówno podczas jazdy samochodem, środkami transportu publicznego (np. autobusami, tramwajami, pociągami), a także podczas jazdy windą. Czynnikiem powodującym zatrzymywanie się pojazdów jest siła tarcia. Tarcie to zachozi pomiędzy powierzchniami okładzin klocków hamulcowych a tarczą hamulca. Z procesem tarcia wiąże się generacja ciepła – ciepło tarcia; które w przypadku hamowania w niebezpiecznych warunkach, np. szybach kopalnianych może stanowić zagrożenie wybuchowe. Wpływ ciepła tarcia na zagrożenie wybuchowe było tematem pracy doktorskiej dra Wawrzonka.

Celem mojej pracy magisterskiej było porównanie wyników uzyskanych podczas realizowania mojej pracy magisterskiej w komercyjnym programie Fluent z wynikami uzyskanymi przez dra Wawrzonka, oraz analiza pola temperatury w powietrzu sąsiadującym z tarczą oraz klockami hamulcowymi.

W modelu matematycznym wykorzystano warunki początkowe, które uzyskał podczas badań eksperymentalnych w swojej pracy dr Wawrzonek. Ponadto podczas realizacji pracy rozwiązano następujące problemy cząstkowe: przetestowano i zastosowano odpowiedni model dla ruchomej siatki, porównano warunki brzegowe na zewnętrznych brzegach modelu (pressure–outlet i outflow). Następnie przeprowadzono obliczenia w stanie nieustalonym aż do osiągnięcia stanu ustalonego w powietrzu znajdującym się wokół hamulca, co osiągnięto po 205 sekundach.
 

Image
Rys. 1. Pole prędkości powietrza wokół tarczy hamulca


Po przeprowadzeniu symulacji na kilku modelach w 2D okazało się, iż program Fluent ma duże problemy z symulacją jednoczesnego ruchu dwóch niezależnych elementów – ruch klocka hamulcowego zasymulowano za pomocą UDF-a (powierzchniowe źródło ciepła zamiast ruchu klocka hamulcowego).

W wyniku przeprowadzonych obliczeń uzyskano następujące rezultaty:

Image
Rys. 2. Pole temperatur po 120 sekundach hamowania

Image
Rys. 3. Pole temperatur w okolicy tarczy i klocka hamulcowego po 120 sekundach tarcia