SYMULACJA NUMERYCZNA KRZEPNIĘCIA Z UWZGLĘDNIENIEM RUCHÓW KONWEKCYJNYCH W STREFIE CIEKŁEJ I STAŁO-CIEKŁEJ

Podobne dokumenty
Analiza stabilności powierzchni krzepnięcia stopów metali Al-C w ujęciu metody całek bilansu ciepła

MODELOWANIE NUMERYCZNE ODLEWANIA TIKSOTROPOWEGO JAKO PRZEPŁYWU DWUFAZOWEGO

SYMULACJA NUMERYCZNA KRZEPNIĘCIA KIEROWANEGO OCHŁADZALNIKAMI ZEWNĘTRZNYMI I WEWNĘTRZNYMI

OPORY PRZEPŁYWU TRANSPORTU PNEUMATYCZNEGO MATERIAŁÓW WILGOTNYCH

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

POLA TEMPERATURY I PRĘDKOŚCI W UKŁADZIE WLEWEK-KRYSTALIZATOR COS

33/28 BADANIA MODELOWE CERAMICZNYCH FILTRÓW PIANKOWYCH. PIECH Krystyna ST ACHAŃCZYK Jerzy Instytut Odlewnictwa Kraków, ul.

z wykorzystaniem pakiet MARC/MENTAT.

9/37 ZJAWISKA PRZEPŁYWU CIEPŁA I MASY W PROCESIE WYPEŁNIANIA FORMY CIEKŁYM METALEM

i odwrotnie: ; D) 20 km h

Teoria cieplna procesów odlewniczych

Obliczanie naprężeń stycznych wywołanych momentem skręcającym w przekrojach: kołowym, pierścieniowym, prostokątnym 7

Wstęp. Numeryczne Modelowanie Układów Ciągłych Podstawy Metody Elementów Skończonych. Warunki brzegowe. Elementy

MODELOWANIE POLA TEMPERATURY PRĘTÓW WALCOWANYCH NA GORĄCO

Projekt 9: Dyfuzja ciepła - metoda Cranck-Nicloson.

Teoria cieplna procesów odlewniczych

BADANIE ZALEŻNOŚCI PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU OD TEMPERATURY

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

IDENTYFIKACJA PARAMETRÓW MODELU MATEMATYCZNEGO SYNCHRONICZNYCH MASZYN WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

Ćwiczenie nr 4 Badanie zjawiska Halla i przykłady zastosowań tego zjawiska do pomiarów kąta i indukcji magnetycznej

Metoda Elementów Skończonych. Projekt: COMSOL Multiphysics 3.4.

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA PARAMETRY KRYSTALIZACJI ŻELIWA CHROMOWEGO

Blok 2: Zależność funkcyjna wielkości fizycznych

ZMIANA GEOMETRII FRONTU KRYSTALIZACJI W STREFIE KRYSZTAŁÓW KOLUMNOWYCH W ODLEWACH KRZEPNĄCYCH POD WPŁYWEM POLA MAGNETYCZNEGO

SZACOWANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK9 NA PODSTAWIE METODY ATND

BADANIA NAPRĘŻEŃ SKURCZOWYCH W OKRESIE KRZEPNIĘCIA I STYGNIĘCIA STOPU AlSi 6.9

Metody systemowe i decyzyjne w informatyce

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ SAMOCHODÓW I MASZYN ROBOCZYCH Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

CHARAKTERYSTYKI KINEMATYCZNE MECHANIZMÓW PŁASKICH PODSTAWY SYNTEZY GEOMETRYCZNEJ MECHANIZMÓW PŁASKICH.

KRZEPNIĘCIE KOMPOZYTÓW HYBRYDOWYCH AlMg10/SiC+C gr

SYMULACJA PROCESU KIERUNKOWEGO l JEDNOCZESNEGO

MODELOWANIE KAWITACJI PRZY OPŁYWIE PROFILU Z ZASTOSOWANIEM ZMIENNEJ LICZBY KAWITACJI

PRZYGOTOWANIE DO EGZAMINU GIMNAZJALNEGO Z FIZYKI DZIAŁ III. SIŁA WPŁYWA NA RUCH

SZKIC ODPOWIEDZI I SCHEMAT OCENIANIA ROZWIĄZAŃ ZADAŃ W ARKUSZU I. Zadania zamknięte. Zadania otwarte

Metoda Elementów Skończonych

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

Część 1 9. METODA SIŁ 1 9. METODA SIŁ

MATEMATYCZNY OPIS NIEGŁADKICH CHARAKTERYSTYK KONSTYTUTYWNYCH CIAŁ ODKSZTAŁCALNYCH

ANALIZA PROCESU ZAPEŁNIENIA WNĘKI CIEKŁYM STOPEM W METODZIE PEŁNEJ FORMY.

PRZESTRZENNY MODEL PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO MASY FORMIERSKIEJ

RUCH FALOWY. Ruch falowy to zaburzenie przemieszczające się w przestrzeni i zmieniające się w

1 Symulacja procesów cieplnych 1. 2 Algorytm MES 2. 3 Implementacja rozwiązania 2. 4 Całkowanie numeryczne w MES 3. k z (t) t ) k y (t) t )

EKSPERYMENTALNE MODELOWANIE STYGNIĘCIA ODLEWU W FORMIE

WYKORZYSTANIE AUTOMATÓW KOMÓRKOWYCH DO SYMULACJI KRZEPNIĘCIA KIERUNKOWEGO

WYMIAROWANIE PRZEKROJÓW POZIOMYCH KOMINÓW ŻELBETOWYCH W STANIE GRANICZNYM NOŚNOŚCI WG PN-EN - ALGORYTM OBLICZENIOWY

KRYSTALIZACJI ŻELIWA

BADANIA SKURCZU LINIOWEGO W OKRESIE KRZEPNIĘCIA I STYGNIĘCIA STOPU AlSi 6.9

Nowoczesne narzędzia obliczeniowe do projektowania i optymalizacji kotłów

SPEKTRALNE CIEPŁO KRYSTALIZACJI ŻELIWA SZAREGO

9/42 ZASTOSOWANIE WĘGLIKA KRZEMU DO WYTOPU ŻELIW A SZAREGO W ŻELIWIAKU WPROW ADZENIE.

ZASTOSOWANIE PRZYBLIŻONYCH RÓWNAŃ NIEUSTALONEGO PRZENOSZENIA CIEPŁA DLA CIAŁ O RÓŻNYCH KSZTAŁTACH

interaktywny pakiet przeznaczony do modelowania, symulacji, analizy dynamicznych układów ciągłych, dyskretnych, dyskretno-ciągłych w czasie

Zastosowanie wybranych metod bezsiatkowych w analizie przepływów w pofalowanych przewodach Streszczenie

WYZNACZANIE CIEPŁA KRYSTALIZACJI FAZ W ŻELIWIE EN-GJS NA PODSTAWIE METODY ATD

Stabilność liniowych układów dyskretnych

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

Bilansowa metoda modelowania wypierania mieszającego w ośrodku porowatym

KO OF Szczecin:

WPŁYW CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI MATERIAŁU NA GRUBOŚĆ POWŁOKI PO ALFINOWANIU

1. BILANSOWANIE WIELKOŚCI FIZYCZNYCH

1 W ruchu jednostajnym prostoliniowym droga:

WYKORZYSTANIE SYSTEMU Mathematica DO ROZWIĄZYWANIA ZAGADNIEŃ PRZEWODZENIA CIEPŁA

NUMERYCZNA SYMULACJA NAPRĘŻEŃ I DEFORMACJI W ODLEWACH MOŻLIWOŚCI I KOSZTY ANALIZY

KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE BADAŃ SKUTECZNOŚCI AMUNICJI ODŁAMKOWEJ WYPOSAŻONEJ W ZAPALNIKI ZBLIŻENIOWE

Zad. 4 Oblicz czas obiegu satelity poruszającego się na wysokości h=500 km nad powierzchnią Ziemi.

ANALIZA KRYSTALIZACJI STOPU AlMg (AG 51) METODĄ ATND

WYZNACZANIE RUCHU CIECZY LEPKIEJ METODĄ SZTUCZNEJ ŚCIŚLIWOŚCI NA SIATKACH NAKŁADAJĄCYCH SIĘ

FEM, generacja siatki, ciepło

METODA ELEMENTÓW SKOŃOCZNYCH Projekt

Politechnika Poznańska

ZMIANY W ROZKŁADZIE MIEDZI JAKO PRZYCZYNA PRZEMIANY STRUKTURY W ODLEWACH WYKONYWANYCH W POLU MAGNETYCZNYM

27/10 PROFIL TWARDOŚCI W FUNKCJI ZMIAN STEREOLOGICZNYCH STRUKTURY NA PRZEKROJU WALCÓW ŻELIWNYCH 2. WYNIKI BADAŃ

prędkości przy przepływie przez kanał

PARAMETRY EUTEKTYCZNOŚCI ŻELIWA CHROMOWEGO Z DODATKAMI STOPOWYMI Ni, Mo, V i B

Symulacja przepływu ciepła dla wybranych warunków badanego układu

STOPU ODLEWNICZEGO NA BAZIE PEWNEJ METODY KOLLOKACYJNEJ

ZMODYFIKOWANA PRÓBA JOMINY ".J-M"

WPŁYW PRZECHŁODZENIA STOPU AlMg10 NA KRZEPNIĘCIE PODCZAS PŁYNIĘCIA

CHARAKTERYSTYKA I ZASTOSOWANIA ALGORYTMÓW OPTYMALIZACJI ROZMYTEJ. E. ZIÓŁKOWSKI 1 Wydział Odlewnictwa AGH, ul. Reymonta 23, Kraków

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: WGG s Punkty ECTS: 5. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

UDARNOŚĆ STALIWA L15G W TEMPERATURZE -40 C. RONATOSKI Jacek, ABB Zamech Elbląg, GŁOWNIA Jan, AGH Kraków

Analiza stateczności zbocza

TEORETYCZNY MODEL PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO. CZĘŚĆ 3. WPŁYW ZUśYCIA PANEWKI NA ROZKŁAD CIŚNIENIA I GRUBOŚĆ FILMU OLEJOWEGO

V. MODELE MATEMATYCZNE KIERUNKOWEJ. KRYST ALlZACJl STOPÓW

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH.

s Dla prętów o stałej lub przedziałami stałej sztywności zginania mianownik wyrażenia podcałkowego przeniesiemy przed całkę 1 EI s

9. DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ

Czynnik niezawodności w modelowaniu podróży i prognozowaniu ruchu

KRZEPNIĘCIE STRUGI SILUMINU AK7 W PIASKOWYCH I METALOWYCH KANAŁACH FORM ODLEWNICZYCH

EMPIRYCZNE WYZNACZENIE PRAWDOPODOBIEŃSTW POWSTAWANIA WARSTWY KOMPOZYTOWEJ

Ć W I C Z E N I E N R E-7

MODELOWANIE ODLEWANIA CIĄGŁEGO WLEWKÓW ZE STOPU AL

MODEL KRZEPNIĘCIA STOPU DWUSKŁADNIKOWEGO W PIONOWEJ PRÓBIE LEJNOŚCI

IDENTYFIKACJA MODELU MATEMATYCZNEGO ROBOTA INSPEKCYJNEGO

Doświadczenie Atwood a

SZEREGOWY SYSTEM HYDRAULICZNY

KONKURS FIZYCZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM

Drobiną tą jest: A) proton B) neutron C) atom wodoru D) elektron

Transkrypt:

73/14 Archive of Foundry, Year 2004, Voume 4, 14 Archiwum O dewnictwa, Rok 2004, Rocznik 4, Nr 14 PAN Katowice PL ISSN 1642-5308 SYMULACJA NUMERYCZNA KRZEPNIĘCIA Z UWZGLĘDNIENIEM RUCHÓW KONWEKCYJNYCH W STREFIE CIEKŁEJ I STAŁO-CIEKŁEJ E. WĘGRZYN-SKRZYPCZAK 1 Intytut Matematyki i Informatyki, Poitechnika Czętochowka u. Dąbrowkiego 73, 42-200 Czętochowa, Poka te. +48-34-3250324 STRESZCZENIE W pracy przedtawiono poób modeowania proceu krzepnięcia z uwzgędnieniem ruchów konwekcyjnych, powtałych w trefie ciekłej oraz tało-ciekłej. Strefa tało-ciekła traktowana jet jako ośrodek porowaty, w którym uwzgędniono ruch cieczy wywołany konwekcją wobodną. Rozpiano równania przewodnictwa ciepła i ró wnanie Naviera- Stokea. Do rozwiązania numerycznego tych równań zatoowano metodę eementów kończonych. Key word: oidification, finite eement method, porou medium, natura convection 1. MATEMATYCZNY OPIS ZJAWISKA KRZEPNIĘCIA Rozważany jet układ równań (1-3), opiujący poe temperatury oraz poa prędkości krzepnącego obzaru. Układ ten zawiera: równanie przewodnictwa ciepła T ( T, j ), j c u jt, j c, (1) t 1 mgr inż.

539 równanie Naviera-Stokea ui u j, ij u jui, jj p, i ui ij g j T ( T Tref ) K t, (2) równanie ciągłości ( u ), 0. (3) j j Symboe użyte w równaniach (1 3) oznaczają odpowiednio: - gętość, u i - wpółrzędne wektora prędkości, t - cza, - epkość dynamiczną, p - ciśnienie, g i - wpółrzędne przypiezenia grawitacyjnego, przy czym g 1 0 oraz g 2 g, T - wpółczynnik rozzerzaności temperaturowej, T ref - temperaturę referencyjną, T - temperatu- rę, c - efektywną pojemność ciepną, - wpółczynnik przewodnictwa ciepła, K - przenikaność trefy tało - ciekłej. Wartości epkości, przewodnictwa ciepła i gętości w powyżzych równaniach uśredniono w poniżzy poób: (1 ) (1 ) (1 ), (4) gdzie 0, 1 oznacza wpółczynnik porowatości ośrodka. Równania (1 3) naeży uzupełnić warunkami brzegowymi charakterytycznymi da tranportu ciepła oraz warunkiem zerowych prędkości na ściankach anaizowanego o b- zaru. Warunki początkowe to odpowiednio, znana temperatura początkowa oraz zerowe prędkości w rozważanym obzarze, da chwii t 0. Przyjęto mode krzepnięcia z efektywną pojemnością ciepną c, które definiuje ię w natępujący poób [3]

540 c c c T c, T T 1 T c c 2 T c, T T f L, T T T T (5) 2. PRZYKŁAD SYMULACJI NUMERYCZNEJ Symuację numeryczną przeprowadzono da topu Fe-C, którego wpółczynniki materiałowe zebrano w tabei 1. Do obiczeń wykorzytano metodę eementów kończonych. Temperatura początkowa topu wynoiła T 0 1770 K. Temperatura ikwidu i oidu wynoiła odpowiednio, T 1701 K T 1766K (trefę tało ciekłą) definiowano zaeżnością Karman-Kozney a [2]: gdzie 2 p 3 1 2. Przenikaność ośrodka porowatego d K (6) 180 d p oznacza średnią średnicę porów. Naeży zauważyć, że K 0 w ciee tałym i K w cieczy. Tabea 1. Właściwości materiałowe topu przyjęte do obiczeń Tabe 1. Materia propertie of aoy ued in numerica imuation Stała materiałowa Faza ciekła Faza tała W mk 23 35 3 kg m 6915 7800 c J kgk 837 644 L J kg 270000 kg m 0.0061 K T 1 0.000394 Obzar przekroju poprzecznego odewu o wymiarach 0,2 x 0,1[m] (ry. 1) podzieono na 19600 trójkątnych eementów kończonych. Cza anaizy wynoił 120 [] z krokiem czau 0.01 []. Wektorowe poa prędkości przedtawiono na ry. 2a-c.

541 Ry 1. Geometria odewu (wymiary w m) wraz z warunkami brzegowymi. Fig 1. Geometry of cating (ize in m) with boundary condition. a)

542 b) c) Ry. 2. Poe prędkości w odewie po czaie 30, 60, 120 (inią przerywaną zaznaczono inie oidu i ikwidu) Fig. 2. Veocity fied in cating after 30, 60 and 120 (oidu and iquidu i marked with a dahed ine) W ciee tałym ma miejce przepływ ciepła uwarunkowany konduktywnością ciepną. W trefie ciekłej i tało-ciekłej dodatkowo ma miejce konwekcja ciekłego topu. Ruch konwekcyjny jet wywołany różnicami gętości powodowanymi różnymi wartościami temperatur w krzepnącym obzarze. Oberwuje ię ine wygazenie ruchów konwekcyjnych pomiędzy inią ikwidu i oidu (patrz ry. 2a-c). Krzepnięcie nabiera charakteru kierunkowego. W części ciekłej oberwuje ię powtawanie wyraźnych komórek ko n- wekcyjnych [2], co jet wywołane krzepnięciem od góry.

543 3. WNIOSKI Prezentowana metoda pozwaa na ymuację numeryczną proceu krzepnięcia z uwzgędnieniem zjawika ruchu ciekłego metau wywołanego konwekcją wobodną, zarówno w obzarze ciekłym jak i tało-ciekłym, traktowanym jako ośrodek porowaty. Szczegóną uwagę naeży poświęcić zagadnieniu przepuzczaności trefy tało - ciekłej, jej geometrycznej budowie oraz powiązaniu krzepnących ziaren. LITERATURA [1] Singh A. K., Bau B., Numerica Study of Effect of Cooing Rate on Doube- Diffuive Convection and Macroegregation in Iron-Carbon Sytem, ISIJ Internationa, (2001),. 1481-1487; [2] Zhang X., Hung Nguyen T., Soidification of a Superheated Newtonian Fuid in a Porou Medium, Heat and Ma Tranfer in Soidification Proceing, (1991), 71-78; [3] Mochnacki B., Suchy J., Modeowanie i ymuacja krzepnięcia odewów, PWN (1999); NUMERICAL SIMULATION OF SOLIDIFICATION WITH CONVECTION IN LIQUID AND MUSHY ZONE Modeing of oidification proce with convection in iquid and muhy zone i d e- cribed in thi paper. Muhy zone i conidered a a porou medium. Heat tranfer and Navier-Stoke equation are decribed. Finite eement method (FEM) wa ued to ove them. Recenzowała Prof. Ewa Majchrzak