Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Efekt Marangoniego w kropli stali zanurzonej w żużlu, wywołany transportem siarki przez granicę faz

Wypartowicz J., Rejszek R.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2006

|

Vol. 73, nr 4

136-142

PL

Przeprowadzono numeryczną symulację ewolucji kształtu kropli ciekłej stali zanurzonej w ciekłym żużlu i spoczywającej na ceramicznej podkładce pod wpływem transportu siarki z żużla do metalu. Wyznaczono również pola stężenia siarki i prędkości. Obliczenia wykonano dla opracowanego zestawu własności powierzchniowych w układzie: stop Fe - 30% Cr-S - żużle CaO-Al2O3-SiO2 - stałe Al2O3 za pomocą programu Fluent, wykorzystując metodę objętości kontrolnych.

EN

Numerical simulation of shape evolution of liquid steel sessile droplet on ceramic substrate immersed in liquid slag under the action of sulfur transfer from slag to metal, was carried out. The concentration field of sulfur as well as the velocity field were determined. The calculations were made for compiled set of surface properties in the system: Fe - 30% Cr-S alloy - CaO-Al2O3-SiO2 slag - solid Al2O3 by means of Fluent computer program with the application of finite volume method.

2

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

EN

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.

PL

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.

3

Contribution of surface convection in melting of iron containing oxygen

Rejszek R, Wypartowicz J.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2004

|

Vol. 30, No 1

31-41

EN

The contribution of surface convection (Marangoni flow) into the process of melting was determined for iron samples of various oxygen concentrations. Oxygen strongly affects the dependence of surface tension versus temperature. It creates the flow that adds to natural convection. The computer simulations were carried out by means of finite elements method. The Fluent software was used in the simulations. The temperature and velocity fields of the melt were calculated. The impact of surface convention is strongly marked in surface region, where the occurrence and evolution of additional turbulences under surface were demonstrated. The distinct influence of surface convection on increase of total rate of melting was observed.

PL

Określono udział konwekcji powierzchniowej (przepływu Marangoniego) w procesie topienia dla przypadku próbki żelaza o zróżnicowanym stężeniu tlenu. Tlen silnie wpływa na zależność temperaturową napięcia powierzchniowego, wywołując przepływ, który dodaje się do konwekcji swobodnej. Komputerowa symulacja przy użyciu oprogramowania Fluent została wykonana metodą elementów skończonych. Wyznaczono pola temperatury i prędkości. Wpływ konwekcji powierzchniowej jest szczególnie wyraźny w strefie powierzchniowej, gdzie stwierdzono występowanie i rozwój dodatkowych wirów. Stwierdzono wyraźny wpływ konwekcji powierzchniowej na zwiększenie ogólnej szybkości procesu topienia.