Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

1 Archives of Metallurgy and Materials

1 2005

Znaleziono wyników: 1

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: iron solidification

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Mathematical modelling of solidification of iron containing oxygen with the contribution of surface convection

Rejszek R., Macioł P., Wypartowicz J.

Archives of Metallurgy and Materials

2005

Vol. 50, iss. 4

963-975

Oxygen is the surface active component of steel. Its uneven distribution in the vicinity of solid-liquid boundary during solidification is the reason of surface convection, which, in addition to free (temperature driven) and forced convection is the third mode of heat and mass transfer. This work presents an attempt of mathematical modelling of metal solidification with the contribution of surface convection. The cylindrical sample of iron with free surface of liquid phase contained in crucible was chosen as the calculation domain. This sample was subjected to a slow crystallization with radial heat transfer, at which the oxygen dissolved in liquid iron was accumulated in the region of solid-liquid boundary due to segregation. Oxygen concentration gradient resulted in surface (Marangoni) convective flow. Mathematical model consisted of the equations of continuity, momentum balance, thermal energy balance and oxygen mass balance in convective-diffusive flow. Shear stress resulting from concentration gradient and temperature gradient was introduced as a boundary condition. As a result of numerical calculations, executed by means of ADINA-F® program, the temperature, concentration and velocity fields were determined as a function of time. The Marangoni flow was found to be active generally in opposite direction to thermal convection flow and its action was restricted to small surface area in the neighbourhood of advancing freezing front.

Tlen jest powierzchniowo aktywnym składnikiem stali, a jego nierównomierny rozkład w sąsiedztwie granicy faza stała – faza ciekła powoduje konwekcję powierzchniową, która jest dodatkowym, oprócz konwekcji swobodnej i wymuszonej, sposobem transportu ciepła i masy. W obecnej pracy przedstawiono próbę matematycznego modelowania procesu krzepnięcia metalu z udziałem konwekcji powierzchniowej. Domenę obliczeniową stanowiła cylindryczna próbka ciekłego żelaza o swobodnej powierzchni, znajdującego się w tyglu. Została ona poddana powolnej krystalizacji z radialnym odprowadzeniem ciepła, przy której tlen rozpuszczony w ciekłym żelazie gromadził się przed frontem krzepnięcia na skutek segregacji. Gradient stężenia tlenu powodował konwekcje powierzchniową Marangoniego). Model matematyczny zawierał równanie ciągłości, bilansu pędu, bilansu energii cieplnej i bilansu masy tlenu w przepływie konwekcyjno-dyfuzyjnym. Naprężenie styczne wywołane gradientem stężenia i temperatury zostało wprowadzone jako warunek brzegowy. W wyniku obliczeń numerycznych zrealizowanych za pomocą programu ADINA-F® wyznaczono pola temperatury, stężenia i prędkości w funkcji czasu. Przepływ Marangoniego zachodzi w kierunku przeciwnym do temperaturowego przepływu konwekcyjnego, a jego oddziaływanie ogranicza się do małego fragmentu powierzchni w pobliżu przemieszczającego się frontu krzepnięcia.