BazTech - Yadda

1

Comparison of heat transfer phenomena for two different cryopreservation methods : slow freezing and vitrification

Skorupa Anna, Piasecka-Belkhayat Alicja

Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics

|

2023

|

Vol. 22, nr 1

57--69

EN

The purpose of the research is to prepare a mathematical and numerical model for the phenomenon of heat transfer during cryopreservation. In the paper, two popular methods, slow freezing and vitrification, are compared. Furthermore, the basic model of thermal processes is supplemented by the phenomenon of phase transitions. To determine the temperature distribution during cryopreservation processes, one uses the heat transfer equation proposed by Pennes. An integral part of the energy equation is the substitute thermal capacity (STC) performed according to the concept named one domain method (fixed domain method), The numerical model is developed using the finite difference method (FDM) connected with directed interval arithmetic. The final part of the article contains the results of numerical simulations.

2

Co warto wiedzieć o wodzie i jej działaniu na dachach

Patoka Krzysztof

Materiały Budowlane

|

2021

|

nr 3

34--35

3

The concept of integrating vapor chamber into a housing of electronic devices for increased thermal reliability

Korta Jakub, Skruch Paweł

Eksploatacja i Niezawodność

|

2020

|

Vol. 22, no. 2

363--369

EN

Systematic increase in computational power and continuous miniaturization of automotive electronic controllers pose a challenge to maintaining allowable temperature of semiconductor components, preventing premature wear-out or, in extreme cases, unacceptable shutdown of these devices. For these reasons, efficient and durable cooling systems are gaining importance in modern car technology design, showing critical influence on reliability of vehicle electronics. Vapor chambers (flat heat pipes) which could support heat management of automotive electronic controllers in the nearest future are passive devices, which transport heat through evaporation-condensation process of a working liquid. At present, vapor chambers are not commercially used in cooling systems of automotive controllers, being a subject of research and development endeavors aimed at understanding their influence on thermomechanical reliability of semiconductor devices used in cars. This paper presents a concept of an electronic controller aluminum housing integrated with a vapor chamber. The conceptual design was numerically validated in elevated temperature, typical for automotive ambient conditions. The paper discusses influence of the vapor chamber-based cooling system on the controller’s thermal performance, as well as on its reliability, expressed as the expected lifetime of the device.

PL

Systematycznie wzrastająca moc obliczeniowa oraz postępująca miniaturyzacja urządzeń elektronicznych stosowanych w pojazdach samochodowych powodują trudności w utrzymaniu temperatury pracy elementów półprzewodnikowych w dozwolonym zakresie, przyczyniając się do ich przedwczesnego zużycia, a w skrajnych przypadkach, uniemożliwiając nawet ich normalną pracę. Wydajne i trwałe układy chłodzące stają się więc nieodzownym komponentem współczesnych podzespołów samochodowych, o krytycznym znaczeniu dla ich niezawodności. Urządzeniami mogącymi w niedalekiej przyszłości wspomagać działanie układów chłodzenia systemów elektronicznych wykorzystywanych w motoryzacji są komory parowe (płaskie rurki cieplne), w których transport energii termicznej zachodzi poprzez przemianę fazową i samoistne przemieszczanie się czynnika roboczego. Współcześnie, tego rodzaju urządzenia nie są komercyjnie stosowane w układach chłodzenia sterowników samochodowych, pozostając przedmiotem prac badawczo-rozwojowych związanych z ich wpływem na szeroko pojętą niezawodność termomechaniczną urządzeń elektronicznych. W niniejszym artykule opisano koncepcję zintegrowania komory parowej z aluminiową obudową kontrolera elektronicznego pracującego w warunkach podwyższonej temperatury otoczenia, odpowiadającej warunkom użytkowania komponentów samochodowych. Ponadto, ocenie poddano wpływ zastosowania tego urządzenia na temperaturę pracy chłodzonego elementu półprzewodnikowego i jego niezawodność, wyrażoną jako przewidywany czas jego bezawaryjnego funkcjonowania.

4

Thermodynamic model of steam injection pipeline considering the effect of time and phase change

Zhao Xuan, Niu Chengcheng, Wang Jun, Zhu Xiuxing

Journal of Power Technologies

|

2019

|

Vol. 99, nr 2

123--130

EN

Thermodynamic parameters in heavy oil thermal recovery wells form the basis for evaluating the thermal efficiency of steam injection. However, various factors in wellbores affect the variation law of thermodynamic parameters, hindering attempts to make an accurate description of them. A thermodynamic model of wellbores is proposed in this study which factors in the effects of time and phase change with a view to: (i) improving the accuracy of thermodynamic parameter analysis, and (ii) identifying the main factors and rules that govern thermal efficiency. With the time factor considered, the transient conduction function of a coupled wellbore-formation was established, and the heat loss during steam injection was analyzed. Meanwhile, a wellbore pressure gradient equation was established using the Beggs-Brill model with consideration of the influence of phase transformation in wellbore. Steam pressure, which varies with flow pattern, was also analyzed. The accuracy of the proposed model was verified by comparing the results of the analysis with the test data. Taking this approach, the influence of steam injection parameters on thermal efficiency was studied. The results demonstrate that the relative error of the pressure analysis result of proposed model is 1.06% and the relative error of temperature is 0.24%. The main factor affecting thermal efficiency is water in the annulus of the wellbore, followed by the steam injection rate. The thermal efficiency of the wellbore is about 80% when the water depth in the annulus is 300 m. An increase in the injection rate or extension of the injection time can improve thermal efficiency, whereas an increase in steam injection pressure reduces thermal efficiency. The proposed method provides good prospects for optimizing high efficiency steam injection parameters of heavy oil thermal recovery wells.

5

The modified XFEM for solving problems of a phase change with natural convection

Stąpór Paweł

Archive of Mechanical Engineering

|

2019

|

Vol. LXVI, nr 3

273--294

EN

This paper presents an extended finite element method applied to solve phase change problems taking into account natural convection in the liquid phase. It is assumed that the transition from one state to another, e.g., during the solidification of pure metals, is discontinuous and that the physical properties of the phases vary across the interface. According to the classical Stefan condition, the location, topology and rate of the interface changes are determined by the jump in the heat flux. The incompressible Navier–Stokes equations with the Boussinesq approximation of the natural convection flow are solved for the liquid phase. The no-slip condition for velocity and the melting/freezing condition for temperature are imposed on the interface using penalty method. The fractional four-step method is employed for analysing conjugate heat transfer and unsteady viscous flow. The phase interface is tracked by the level set method defined on the same finite element mesh. A new combination of extended basis functions is proposed to approximate the discontinuity in the derivative of the temperature, velocity and the pressure fields. The single-mesh approach is demonstrated using three two-dimensional benchmark problems. The results are compared with the numerical and experimental data obtained by other authors.

6

Modelowanie procesów cieplno – przepływowych w akumulatorze ciepła z materiałem zmiennofazowym

Smykowski D.

Rynek Energii

|

2017

|

Nr 5

23--28

PL

Alternatywą dla akumulacji energii w cieple jawnym (woda) jest akumulacja ciepła w przemianie fazowej. Rozwiązanie to polega na wykorzystaniu zjawiska przemiany fazowej ciało stałe – ciecz, którego entalpia (ciepło utajone) jest znacznie większa niż ciepło jawne. Kolejną zaletą są szerokie możliwości pod względem temperatury pracy akumulatora ograniczone jedynie właściwościami materiału zmiennofazowego. Technologia akumulacji ciepła w przemianie fazowej nie jest jednak wolna od wad. Podstawową wadą jest niska przewodność cieplna wielu materiałów zmiennofazowych, wynosząca np. 0,2 W/m.K dla parafin i 0,5 – 0,7 W/m.K dla soli nieorganicznych. Analiza procesu wymiany ciepła pomiędzy płynem dostarczającym ciepło, materiałem zmiennofazowym oraz płynem odbierającym ciepło umożliwia dobór konstrukcji akumulatora zapewniającej odpowiednio skuteczny transport ciepła. W ramach przedstawionej pracy przeprowadzono symulacje cieplno – przepływowe dla wybranego wariantu konstrukcji akumulatora z materiałem PCM (Phase Change Material).

EN

An alternative for energy storage in sensible heat (water) is the heat storage in phase change. This solution takes advantage of the solid – liquid phase change process, which is characterized by significantly larger enthalpy comparing to sensible heat. Another advantage of heat storage in phase change is the accumulator operation temperature range, limited only by phase change material properties. However, latent heat storage technology has several drawbacks. The main limitation is the low thermal conductivity of most phase change materials, which ranges from 0.2 W/m.K in case of paraffins up to 0.5 – 0.7 W/m.K for inorganic salts. The analysis of heat transfer between the hot fluid and the phase change material as well as between the phase change material and cold fluid allows to adjust the construction of the heat accumulator in order to ensure efficient heat transport. Within presented study, the heat transfer for a selected geometry variant of heat accumulator was investigated using computational fluid dynamics simulations.

7

Możliwość zastosowania warstwy materiału fazowo zmiennego w oknach trzyszybowych

Heim D., Wieprzkowicz A.

Materiały Budowlane

|

2017

|

nr 5

69--70

PL

W artykule podano techniczne możliwości zastosowania materiału fazowo-zmiennego jako magazynu ciepła w oknach trzyszybowych, dwukomorowych. Zaproponowano rozwiązanie techniczne i możliwość jego aplikacji w komponentach okiennych wraz z ewentualnymi ograniczeniami. Podano wady i zalety tego typu rozwiązania. Opisano stanowisko badawcze i sposób pomiaru efektywności systemu w warunkach sezonu ogrzewczego w klimacie Polski Centralnej. Jako kryteria oceny efektywności rozwiązania przyjęto zarówno parametry cieplne komponentu, jak i jego wpływ na dystrybucję światła dziennego we wnętrzu.

EN

Technical possibility of phase change material application as a heat storage in triple glazed windows was described in the article. A technical solution and the possibility of its application in window components with possible restrictions were proposed. The advantages and disadvantages of this type of solution were given. An experimental set-up and method of measuring system efficiency in the climate of central Poland were discussed. As criteria for assessing the solution's effectiveness, both the thermal parameters of the component and its influence on the distribution of daylight in the interior were taken.

8

Phase change of chlorite in reducing atmosphere

Liu X., Yu Y., Chen W., Liu X.

Physicochemical Problems of Mineral Processing

|

2014

|

Vol. 50, iss. 2

607--614

EN

Magnetizing roasting is an important pre-treatment technique for beneficiation of hematite and limonite ores. Reduction mechanisms of these iron minerals have been fully studied while the mechanism of reduction of chlorite is not well understood. In this study, a reduction roasting study examining the phase change of chlorite with roasting temperature was undertaken. The major finding from this study was that chlorite partially was reduced to magnetite by carbon at 750 ⁰C, and the newly formed magnetite was finely disseminated within quartz and olivine. It was demonstrated that these locked magnetite particles would be reported to iron concentrate by low intensity magnetic separation resulting in high impurity content, especially SiO2 and Al2O3 contents in the concentrate.

9

Określenie wpływu impulsów termicznych na wewnętrzne zmiany temperaturowe w elementach silikatowych zmodyfikowanych materiałem zmiennofazowym

Krasoń J., Lichołai L.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2014

|

z. 61, nr 3/II

307--316

PL

W artykule przedstawiono badania wstępne dotyczące określenia wartości temperatur w elemencie silikatowym, w którym umieszczono materiał zmiennofazowy (PCM). Temperatury rejestrowano podczas nagrzewania i chłodzenia próbek w komorze klimatycznej. Dla porównania wyników, badania przeprowadzono przy wykorzystaniu dwóch próbek silikatowych o jednakowych masach. Do jednej z próbek dodano materiał zmiennofazowy w postaci mikrogranulatu. Przedmiotowy mikrogranulat występuje w postaci parafiny, zamkniętej w powłokach polimerowych, co umożliwia umieszczenie tego materiału zmiennofazowego bezpośrednio w elemencie silikatowym bez dodatkowego zabezpieczenia powierzchni wewnętrznej ścianek. Próbki poddano działaniu impulsów termicznych w dwóch wariantach. W pierwszym, elementy silikatowe zostały stopniowo nagrzewane oraz schładzane w określonym przedziale czasowym, w drugim natomiast zadano szybki wzrost i spadek temperatury. Każde badanie przeprowadzono w dwóch jednakowych cyklach. W artykule, na przedstawionych wykresach zwrócono przede wszystkim uwagę na przedział temperatury, w którym następuje przemiana fazowa, zarówno podczas fazy topnienia jak i fazy krzepnięcia materiału zmiennofazowego. Wykonano dodatkowo badanie na próbkach w kierunku możliwości zastosowania elementów silikatowych w przegrodach kolektorowo - akumulacyjnych. Założono wartości temperatury na podstawie danych termicznych na wewnętrznej powierzchni przeszklenia uzyskanych od promieniowania słonecznego w ciągu jednego dnia. Dane przyjęto analizując wybrany styczniowy dzień. Silikaty należące do elementów ściennych charakteryzują się dużą akumulacyjnością, co wiąże się z ich znacznym ciężarem. Szansą na obniżenie ciężaru tych materiałów, przy jednoczesnym utrzymaniu i ewentualnym polepszeniu ich zdolności akumulacyjnych jest zastosowani w ich strukturze materiałów zmiennofazowych.

EN

The article presents preliminary research on the defining temperature values in the silicate element, where phase-change material (PCM) was placed. Temperatures were being recorded during heating and cooling of samples in the climatic chamber. For the comparison of the results, the research was conducted using two equal-mass silicate samples. The phase change material in the form of microgranules was added to one of the samples. The subject microgranule was in the form of paraffin, encapsulated in polymer coatings, to allow the insertion of the change phase material in the element of silicate directly without collateral of the inner wall surfaces. The samples were subjected to thermal pulses in two variants. In the first one, silicate elements were gradually heated and cooled within the specified time period, while in the second one, they were exposed to the rapid increase and decrease of temperature. Each test was carried out in two identical cycles. In the article, special attention was put to the presented charts focusing particularly on the temperature ranges in which the phase change occurs, both during the melting phase and the solidification phase of the material. The additional sample research was conducted in order to define the possibility of using silicate materials in thermal - storage barriers. The temperature values were assumed on the basis of data collected from the inner glazing surface and obtained from solar radiation during one day. The data was adopted by analyzing a selected day in January. Silicates belonging to the wall elements are characterized by high accumulation, which is related to their significant weight. A chance to reduce the weight of these materials while maintaining and possibly improving their accumulation capacity, is to use phase change materials in structure of silicate.

10

Badania eksperymentalne niektórych parametrów termodynamicznych materiałów magazynujących ciepło PCM za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej DSC

Ksionek D., Rosiński M.

Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja

|

2014

|

T. 45, nr 9

345--346, 351

PL

Na bazie materiału ulegającego przemianom fazowym – PCM, można zbudować magazyn ciepła wykorzystywany w instalacjach sanitarnych np. w instalacji ciepłej wody użytkowej. Właściwe działanie takiego zasobnika ciepła zależy przede wszystkim od stabilności termodynamicznej przemian fazowych użytego materiału. W artykule przedstawiono i scharakteryzowano metodę różnicowej kalorymetrii skaningowej DSC (ang. DSC - differantial scanning calorimetry), którą wykorzystano do określenia entalpii przemian fazowych badanych substancji (topnienia i krzepnięcia) oraz do wyznaczenia wartości temperatury tych przemian. Badaniom poddano dwie substancje należące do różnych grup materiałów PCM, a mianowicie wosk pszczeli, jako materiał reprezentujący grupę wosków oraz octan sodu zaliczany do hydratów. Otrzymane wyniki poddano analizie, której wnioski przedstawiono w podsumowaniu.

EN

This paper presents and characterises differential scanning calorimetry (DSC) technique, which was used to determine enthalpy of phase changes of tested substances () and to determine temperature of such changes. The tests covered two substances from various phase-change material (PCM) categories. These included beeswax representing wax category and sodium acetate falling into hydrate category. The test results were analysed and the findings were presented in the recapitulation.

11

Dynamika akumulacji ciepła kul PCM

Lichota J., Lepszy M., Wójs K.

Rynek Energii

|

2013

|

Nr 2

97--103

PL

W artykule pokazano wyniki eksperymentów pozwalających na identyfikację własności dynamicznych kul wypełnionych materiałem akumulującym ciepło PCM zmieniającym swój stan skupienia ze stałego na ciekły w czasie dostarczania ciepła. Materiał PCM badano wprowadzając sygnał impulsowy poprzez zmianę temperatury wody stanowiącej otoczenie materiału PCM. Odpowiedź impulsową akumulatora ciepła modelowano równaniami inercji. Uzyskany model teoretyczny porównano z odpowiedzią skokową akumulatora. Równania własności dynamicznych pojedynczej kuli pozwalają na modelowanie własności dynamicznych akumulatora ciepła w czasie jego ładowania oraz rozładowania. Ma to duże znaczenie eksploatacyjne przy zastosowaniu predykcyjnych algorytmów skierowania dostawą ciepła np. do systemów ciepłowniczych wyposażonych w źródła kogeneracyjne. Znając przyszły przebieg zapotrzebowania na ciepło przez instalacje u odbiorców oraz znając charakterystyki akumulatora ciepła można w sposób bardziej precyzyjny prowadzić sprzedaż energii elektrycznej na rynku.

EN

This article shows the results of experiments that allow for the identification of dynamic properties of balls filled with phase change material (PCM) changing its physical state from solid to liquid during the delivery of heat. PCM behaviour was studied using impulse signal through changing the temperature of the water, which surrounds PCM. The impulse response of heat accumulator was modeled utilizing transfer functions of first order differential equations. The resulting theoretical model was compared with measurements. Equations of the single ball allow the modeling of dynamic properties of heat accumulator during charging and discharging. This is important during operation of CHP supplying district heating where prediction algorithms are applied. Knowing a future heat demand by customers and knowing the characteristics of the accumulator, CHP can more precisely set an electricity selling policy on a market.

12

Transient analysis of alloy freezing in finite media with energy generation and convective cooling

Kumar S., Katiyar V. K.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2010

|

Vol. 15, no 4

1155-1168

EN

The effects of volumetric energy generation on phase change problems are important for many engineering applications including casting of nuclear waste materials, vivo freezing of biological tissues solar collectors etc. In the present study, a 1-D transient heat transfer analysis is carried out to study the effect of volumetric heat generation on alloy solidification in finite media with convective cooling. Enthalpy method is used to solve the mathematical model. The temperature profile and the motion of freezing interface are calculated for different values of volumetric heat generation and convective cooling. It is found that the motion of freezing interface slows down with an increase in the heat generation rate and for large values of heat generation it is not possible to solidify the whole region. The freezing accelerates with respect to an increasing rate of convective cooling. Further, for large values of heat generation the whole region can solidify by increasing convective cooling.

13

Influence of synthesis conditions on the properties of FeXCoYOZ - nanoparticles in SiO2Sol-gel film

Sidsky V. V., Gaishun V. E., Demidenko O. M., Savitskaya T. A., Panykov V. V., Semchenko A. V.

Journal of Automation Mobile Robotics and Intelligent Systems

|

2009

|

Vol. 3, No. 4

91-92

EN

Synthesis conditions influence on structure of FexCoyOz - nanoparticle in SiO2 - sol-gel coating is discussed. The samples are synthesized by hybrid sol - gel method including following stages: TEOS hydrolysis, introduction into sol of Co(NO3)2 . 6H20 and Fe(NO3)3 . 9H20, deposition of film-forming sol by spin-coating on silica substrate, heat treatment at the temperature from 200 up to 900 °C. The Synthesis conditions influence on a specific structural property of sol gel films is investigated by AFM.

14

Właściwości izolacyjne zawilżonej przegrody porowatej

Kowalski S. J., Rybicki A.

Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce

|

2009

|

T. 4

119-124

PL

W pracy przedstawiono studium właściwości izolacyjnych porowatej przegrody budowlanej w zależności od stopnia jej nasycenia wilgocią oraz intensywności przemian fazowych cieczy w parę wewnątrz przegrody. Analizę przeprowadzono na bazie modelu procesu suszenia, który pozwala opisać konwekcyjny pobór ciepła z otoczenia o wyższej temperaturze i przekazywanie go przez przegrodę do otoczenia o niższej temperaturze z uwzględnieniem zużycia części pobranego ciepła na przemianę fazową wewnątrz przegrody (ujemne źródło ciepła w postaci ciepła utajonego). Celem pracy jest pokazanie na drodze symulacji numerycznej, że przemiany fazowe występujące w nawilżonej przegrodzie znacząco obniżają jej temperaturę, co tym samym zwiększa pobór ciepła z otoczenia o wyższej temperaturze, na przykład z ogrzanego pomieszczenia mieszkalnego, obniżając tym samym jego temperaturę.

EN

The thermal insulation properties of porous wall were analyzed in dependence on the saturation degree and the phase transition intensity of water into vapor inside the wall. The analysis was based on the complete model of drying that enabled description of heat supply from the surroundings of higher temperature and transfer it to the surroundings of lower temperature with taking into account of the heat consumed for the phase transition inside the wall (negative heat source in the form of latent heat of evaporation). It was shown on the way of numerical simulations that the phase transitions significantly decreased the temperature of the wall, and this caused an increased consumption of the heat from the surroundings of higher temperature, e.g. from a warm room, what deceased its temperature.

15

Fixed grid numerical modeling of solid-liquid phase change problems

Gościk J.

Turbulence : international journal

|

2007

|

Vol. 12

75-98

EN

Due to fundamental scientific interest as well as broad range applications in environment and technology numerous numerical techniques for solution of solid-liquid phase change problems have been elaborated. The essential computational difficulty and challenge is the way in which the latent heat evolution is accounted for. The differences in treating of the latent heat evolution are also commonly used for classification of numerical methods. The paper is concerned with description and analyzing numerical methods for solid-liquid phase change problems using uniform Cartesian grids. Typically they are broadly separated into two groups as either interface tracking or interface capturing method. The paper is an attempt also to discuss some ideas of implementation of hybrid techniques. These have appeared already in the newest trends in the development of prediction methods for the direct numerical simulation of multiphase phenomena based on one-domain (one-fluid) formalism coupled with efficient tracking algorithms.

16

The application of Thermodynamic calculations for the semi-solid processing design

Sołek K., Kuziak R. M., Karbowniczek M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2007

|

Vol. 52, iss. 1

25-32

EN

Semi-solid metal processing is now a commercially successful manufacturing route producing lots of near net-shape parts. One member of such processing technologies is thixoforming which is based on the special behaviour of alloys with non-dendritic microstructure in the partially liquid state. The semi-solid processing design requires the use of faithful values of thermodynamic material properties. Thermodynamic modelling is a potential tool for predicting alloy compositions suitable for thixoforming. Thixoformable alloys must have a wide melting range with some additional feature. Namely, the slope of the curve of the liquid fraction versus the temperature should be low at the liquid fraction value of 40%. The data from thermodynamic calculations might be also applied in the industrial thixoforming processes design. It is very helpful to find different thermal properties of alloys in order to simulate precisely the temperature distribution inside the formed materials. The thermodynamic calculations allow one to find the heat transfer coefficient, the specific heat value and the latent heat value. The purpose of the present paper is to provide examples of the numerical modelling of the thermodynamic properties for commercial, industrial Al alloys. All the calculations in the present work are performed using JMatPro software. The determination of the phase composition for multi-component alloys is originally based on the Gibbs energy minimisation. Furthermore, the conditions of the non-equilibrium solidification are determined using the Scheil-Gulliver equation. An additional advantage of the software used is the possibility of calculation of the formation conditions for metastable phases which have also an influence on the mechanical properties of the alloys.

PL

Procesy przetwórstwa metali w stanie stało-ciekłym są nową, sprawdzoną komercyjnie, metodą precyzyjnego kształtowania dużej ilości elementów. Przykładem takiej technologii jest formowanie tiksotropowe, właściwością którego jest specyficzne zachowanie formowanych stopów posiadających niedenndrytyczną mikrostrukturę w częściowo ciekłym stanie. Projektowanie procesów formowania w stanie stało-ciekłym wymaga użycia prawidłowych wartości własności termodynamicznych materiałów. Modelowanie termodynamiczne jest potencjalnym narzędziem opracowania składu chemicznego stopów odpowiednich dla formowania tiksotropowego. Tiksoformowalne stopy muszą posiadać szeroki zakres temperatur krzepnięcia. Ponadto, nachylenie krzywej ułamka fazy ciekłej w zależności od temperatury powinno być jak najmniejsze dla wartości 40% tego ułamka. Wyniki obliczeń termodynamicznych mogą mieć również zastosowanie w trakcie projektowania przemysłowych procesów formowania tiksotropowego. W szczególności symulacje rozkładu temperatury wewnątrz formowanego materiału wymagają znajomości wartości jego właściwości termo-fizycznych. Obliczenia termodynamiczne pozwalają, między innymi, wyznaczyć współczynnik wymiany ciepła, ciepło właściwe czy ciepło przemiany fazowej. Celem tej pracy jest przedstawienie przykładów zastosowania modelowania numerycznego własności termodynamicznych przemysłowych stopów aluminium. Wszystkie obliczenia zostały wykonane z wykorzystaniem oprogramowania JMatPro. Wyznaczenie składu fazowego dla wieloskładnikowych stopów zostało oparte na minimalizacji energii Gibbs’a. Ułamek fazy ciekłej w warunkach nierównowagowego krzepnięcia został wyznaczony w oparciu o równanie Scheil-Gulliver’a. Dodatkową zaletą wykorzystanego oprogramowania jest możliwość przewidywania warunków powstawania metastabilnych faz, które maja wpływ na właściwości mechaniczne stopów.

17

Numerical thermodynamic field modeling of a metallic substance during laser welding

Achab L., Amara E. H., Mebani N., Allalou N., Hamadi F.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2006

|

Vol. 15, nr 1-2

94--99

EN

Purpose: A simplified numerical model which predicts the molten zone thermodynamics, resulting from laser irradiation is developed. Design/methodology/approach: The treatment of this problem is founded on the resolution of the dynamic and thermal flows differential equations, by taking into account the effects of material fusion. Numerical simulations of this steady two-dimensional flow have been carried out using the commercially available software FLUENT. Findings: The proposed numerical study allows us to deduce the thermal and dynamic characteristics of the molten zone, as well as to relate the operating parameters such as the welding speed and the laser power to the form and the dimension of the molten zone. Research limitations/implications: The experimental studies performed on the influence of the operating parameters on the quality of the weld joints produced on work-pieces would be very costly and time-consuming and in more cases, it is difficult to access to some physical unknowns. However, by including as much as possible of terms describing physical mechanisms in the general form of the equations, one can model more on less accurately the welding process. Practical implications: This initial study has produced some encouraging evidence for the capacity of FLUENT in simulating the key features of laser welding treatment. Originality/value: In our contribution, the introduction of the enthalpy-porosity formulation has been used to obtain the geometry of a fused zone, as a function of the operating parameters. The numerical results have shown, that by a proper choice of the laser power and the welding speed, the desired morphology and fineness may be incorporated into the alloyed zone.

18

Modelling of freezing in frost-susceptible soils

Michałowski R. L., Zhu M.

Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences

|

2006

|

Vol. 13, No. 4

613-625

EN

Frost heave in soils is a common phenomenon in cold regions, yet the previous efforts toward its math-ematical description did not result into a generally accepted model. The model described in this paper is based on the concept of porosity ratę function, which characterizes well the heaving phenomenon in variety of soils. The concept is simple enough so that it can be easily incorporated in numerical methods. The description of the model is followed by brief considerations of energy transfer and phase change. Calibration results are shown, and the model is implemented to solve a practical boundary value problem. The influence of thermal insulation on the performance of a retaining wali with frost-susceptible backfill is discussed.

19

Określenie metodą kalorymetrii skaningowej entalpii przemian fazowych w żeliwie szarym

Binczyk F., Bzymek J., Przeliorz R.

Archiwum Odlewnictwa

|

2006

|

R. 6, nr 22

49-54

PL

W pracy przedstawiono wyniki pomiarów i obliczeń entalpii topnienia i krzepnięcia oraz przemian fazowych w stanie stałym przebiegających w żeliwie szarym o zmiennej zawartości węgla, krzemu, manganu i fosforu. Badania prowadzono w wysokotemperaturowym kalorymetrze różnicowym Multi HTC firmy Setaram. Dla wszystkich badanych stopów stwierdzono różnice w wartości ciepła topnienia i ciepła krzepnięcia oraz ciepła przemian fazowych w stanie stałym.

EN

In this work the results of measurements and calculations of enthalpy of melting and solidification was and phase change in solid state running in grey cast iron, about variable of content of carbon, silicon, manganese and phosphorus were introduced. It the Investigations were led was in high-temperature scanning calorimeter Multi the HTC of firm Setaram. It the differences for an studied alloys were affirmed was in value of heat melting and the heat of solidification as well as heat of phase change in solid state.

20

Modelling of thixocasting processes of magnesium alloys

Sołek K., Białobrzeski A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2004

|

Vol. 49, iss. 3

681-698

EN

The purpose of this work is to demonstrate numeric model of magnesium alloy forming on the basis of pressure die casting technology. First section of the work discusses thixotropic casting process characteristics, process technological grounds and methods applied to obtain globular structure in magnesium alloys. Second section of the work constitutes a description of thixotropic casting process numeric model. Demonstrated method includes modelling of a whole range of phenomena, which take place during the casting process. Particular attention is focused on the construction of rheological model for material in solid-liquid state. A power-law model dependent on temperature, which describes material shear-thinning phenomenon, has been applied in order to do that. The applied model takes into account an internal variable, which describes phase proportion in the material being formed. During thixotropic forming the material goes through the phase change, progress of which strongly depends on temperature. In connection with this, the modelling of phase change thermal effect phenomenon has been introduced in the applied method. Computer program FORGE3Ž, in which both mechanical problem and thermal problem have been solved using finite element method, has been used for computing. Asa result of performed analysis, three-dimensional simulations of die casting process have been obtained. They constitute a source of information on casting process parameters, including also that on material flow during mould filling.

PL

Celem niniejszej pracy jest przedstawienie numerycznego modelu kształtowania stopów magnezu w oparciu o technologie odlewania ciśnieniowego. W pierwszej cześci pracy została opisana charakterystyka procesu odlewania tisotropowego, podstawy technologiczne procesu oraz metody uzyskiwania struktury globularnej w stopach magnezu. Druga część pracy jest opisem modelu numerycznego procesu odlewania tisotropowego. prezentowana metoda obejmuje modelowanie szerego zjawisk jakie mają miejsce w trakcie procesu odlewania. Szczególna uwaga została zwrócona na budowę modelu reologicznego materiału w stanie stało-ciekłym. Wykorzystano w tym celu model potęgowy, zależny od temperatury, który opisuje zjawisko rozrzedzania ścinaniem materiału. Zastosowany model uwzględnia zmienna wewnetrzna, która opisuje propozycję faz w formowanym materiale. materiał podczas formowania tisotropowego znajduje się w trakcie przemiany fazowej, której postęp bardzo mocno zależy od temperatury. W związku z tym w zastosowanej metodzie wprowadzono modelowanie zjawiska efektu cieplnego przemiany fazowej. Do obliczeń wykorzystano komputerowy program FORGE3, w którym zarówno problem mechaniczny, jak również termiczny został rozwiązany przy pomocy metody elementów skończonych. W wyniku przeprowadzonej analizy otrzymano trójwymiarowe symulacje procesu odlewania ciśnieniowego. Są one źródłem informacji o parametrach procesu odlewania, w tym również o przepływie materiału podczas wypełniania formy.