COMPUTER SIMULATION OF ROUND BAR FLUIDITY TEST

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

POLA TEMPERATURY I PRĘDKOŚCI W UKŁADZIE WLEWEK-KRYSTALIZATOR COS

WYZNACZANIE MINIMALNEJ GRUBOŚCI WLEWU DOPROWADZAJĄCEGO

SYMULACJA NUMERYCZNA KRZEPNIĘCIA KIEROWANEGO OCHŁADZALNIKAMI ZEWNĘTRZNYMI I WEWNĘTRZNYMI

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

KRZEPNIĘCIE KOMPOZYTÓW HYBRYDOWYCH AlMg10/SiC+C gr

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

SPEKTRALNE CIEPŁO KRYSTALIZACJI ŻELIWA SZAREGO

OCENA PŁYNIĘCIA CIEKŁEGO STOPU AlMg10 W SPIRALNEJ PRÓBIE LEJNOŚCI

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

KRZEPNIĘCIE STRUGI SILUMINU AK7 W PIASKOWYCH I METALOWYCH KANAŁACH FORM ODLEWNICZYCH

WPŁYW DOBORU ZASTĘPCZEJ POJEMNOŚCI CIEPLNEJ ŻELIWA NA WYNIKI OBLICZEŃ NUMERYCZNYCH

z wykorzystaniem pakiet MARC/MENTAT.

LEJNOŚĆ KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlMg10 Z CZĄSTKAMI SiC

WPŁYW SZYBKOŚCI KRZEPNIĘCIA NA UDZIAŁ GRAFITU I CEMENTYTU ORAZ TWARDOŚĆ NA PRZEKROJU WALCA ŻELIWNEGO.

Materiałowe i technologiczne uwarunkowania stanu naprężeń własnych i anizotropii wtórnej powłok cylindrycznych wytłaczanych z polietylenu

OKREŚLANIE ZALEŻNOŚCI POMIĘDZY CZASEM KRYSTALIZACJI EUTEKTYCZNEJ A ZABIELANIEM ŻELIWA. Z. JURA 1 Katedra Mechaniki Teoretycznej Politechniki Śląskiej

WPŁYW PRZECHŁODZENIA STOPU AlMg10 NA KRZEPNIĘCIE PODCZAS PŁYNIĘCIA

TEMPERATURY KRYSTALIZACJI ŻELIWA CHROMOWEGO W FUNKCJI SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA ODLEWU

WYKORZYSTANIE SYSTEMU Mathematica DO ROZWIĄZYWANIA ZAGADNIEŃ PRZEWODZENIA CIEPŁA

MODELOWANIE ODLEWANIA CIĄGŁEGO WLEWKÓW ZE STOPU AL

CECHY PRZEPŁYWU SILUMINÓW JEDNOFAZOWYCH W KANAŁACH METALOWYCH FORM ODLEWNICZYCH

ROZPRAWA DOKTORSKA. Model obliczeniowy ogrzewań mikroprzewodowych

ANALIZA PROCESU ZAPEŁNIENIA WNĘKI CIEKŁYM STOPEM W METODZIE PEŁNEJ FORMY.

WPŁYW CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI MATERIAŁU NA GRUBOŚĆ POWŁOKI PO ALFINOWANIU

KOMPUTEROWA SYMULACJA POLA TWARDOŚCI W ODLEWACH HARTOWANYCH

KRZYWE PŁYNIĘCIA CIEKŁEGO ŻELIWA

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

WIELOMIANOWE MODELE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH STOPÓW ALUMINIUM

EMPIRYCZNE WYZNACZENIE PRAWDOPODOBIEŃSTW POWSTAWANIA WARSTWY KOMPOZYTOWEJ

ROZKŁAD WIELKOŚCI WYDZIELEŃ GRAFITU W GRUBYM ODLEWIE ŻELIWNYM

BADANIA NAPRĘŻEŃ SKURCZOWYCH W OKRESIE KRZEPNIĘCIA I STYGNIĘCIA STOPU AlSi 6.9

ANALIZA WRAŻLIWOŚCI CIENKIEJ WARSTWY METALOWEJ PODDANEJ DZIAŁANIU LASERA

BIOPHYSICS. Politechnika Łódzka, ul. Żeromskiego 116, Łódź, tel. (042)

TEMPERATURA LEJNOŚCI ZEROWEJ SILUMINÓW. J. MUTWIL 1, D. NIEDŹWIECKI 2 Wydział Mechaniczny Uniwersytetu Zielonogórskiego

Modelowanie zagadnień cieplnych: analiza porównawcza wyników programów ZSoil i AnsysFluent

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA PARAMETRY KRYSTALIZACJI ŻELIWA CHROMOWEGO

OPTYMALIZACJA PROCESU ZALEWANIA DUŻEGO WLEWKA Fe-Si-Mg W CELU UJEDNORODNIENIA JEGO SKŁADU CHEMICZNEGO

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

SKURCZ TERMICZNY ŻELIWA CHROMOWEGO

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

EKSPERYMENTALNE MODELOWANIE STYGNIĘCIA ODLEWU W FORMIE

STRUKTURA ŻELIWA EN-GJS W ZALEŻNOŚCI OD MATERIAŁÓW WSADOWYCH

SPIS TREŚCI SPIS WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ WSTĘP KRÓTKA CHARAKTERYSTYKA SEKTORA ENERGETYCZNEGO W POLSCE... 14

THE INFLUENCE OF THE ENGINE LOAD ON VALUE AND TEMPERATURE DISTRIBUTION IN THE VALVE SEATS OF TURBO DIESEL ENGINE

Analiza wymiany ciepła w przekroju rury solarnej Heat Pipe w warunkach ustalonych

BADANIA FRONTU KRYSTALIZACJI DWUSKŁADNIKOWYCH STOPÓW Al Si W KANAŁACH METALOWYCH FORM ODLEWNICZYCH

ANALIZA ODKSZTAŁCEŃ I NAPRĘŻEŃ GRZEJNIKA ALUMINIOWEGO DLA SKOKOWO ZMIENIAJĄCYCH SIĘ PARAMETRÓW WYMIANY CIEPŁA

ROLA TRWAŁOŚCI FRONTU KRYSTALIZACJI W ODLEWACH KRZEPNĄCYCH W POLU MAGNETYCZNYM

MODELOWANIE NUMERYCZNE POWSTAWANIA NAPRĘŻEŃ W KRZEPNĄCYCH ODLEWACH

PARAMETRYCZNY OPIS CECH PRZEPŁYWU METALI I STOPÓW W KANAŁACH FORM ODLEWNICZYCH

Akademia Morska w Szczecinie. Wydział Mechaniczny

Proposal of thesis topic for mgr in. (MSE) programme in Telecommunications and Computer Science

W CYLINDRYCZ NYM KANALE FORMY Adam Bokota, Leszek Sowa Jl!stytut Mechaniki i?odstaw Konstrukcji Maszyn, Politecluzika Częstocho wska, Polska

ANALIZA NUMERYCZNA STANU NAPRĘŻENIA W OBSZARZE STAŁO-CIEKŁYM ODLEWU

WYMIANA CIEPŁA W PROCESIE TERMICZNEGO EKSPANDOWANIA NASION PROSA W STRUMIENIU GORĄCEGO POWIETRZA

ZMIANA SZEROKOŚCI STREFY KRYSZTAŁÓW KOLUMNOWYCH W ODLEWACH KRZEPNĄCYCH W POLU MAGNETYCZNYM

IDENTYFIKACJA CHARAKTERYSTYCZNYCH TEMPERATUR KRZEPNIĘCIA ŻELIWA CHROMOWEGO

SYMULACJA KRZEPNIĘCIA BRĄZU ALUMINIOWEGO BA1032 Z WERYFIKACJĄ DOŚWIADCZALNĄ

BADANIA SKURCZU LINIOWEGO W OKRESIE KRZEPNIĘCIA I STYGNIĘCIA STOPU AlSi 5.4

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI TERMOFIZYCZNYCH TWORZYWA NADSTAWKI NADLEWU NA GEOMETRIĘ JAMY SKURCZOWEJ

FILTRACJA STALIWA SYMULACJA PROCESU NA PRZYKŁADZIE ODLEWU O MASIE 700 KG. S. PYSZ 1, J. STACHAŃCZYK 2 Instytut Odlewnictwa w Krakowie

MODEL KRZEPNIĘCIA STOPU DWUSKŁADNIKOWEGO W PIONOWEJ PRÓBIE LEJNOŚCI

ROZPRAWY NR 128. Stanis³aw Mroziñski

DETEKCJA FAL UDERZENIOWYCH W UKŁADACH ŁOPATKOWYCH CZĘŚCI NISKOPRĘŻNYCH TURBIN PAROWYCH

BADANIE WYPEŁNIANIA WNĘKI FORMY CIŚNIENIOWEJ SUSPENSJĄ KOMPOZYTOWĄ

WYZNACZANIE PARAMETRÓW PRZEPŁYWU CIECZY W PŁASZCZU CHŁODZĄCYM ZBIORNIKA CIŚNIENIOWEGO

POLE TEMPERA TUR W TECHNOLOGII WYKONANIA ODLEWÓW WARSTWOWYCH

NUMERYCZNA SYMULACJA ROZTAPIANIA DRUTÓW ALUMINIOWYCH WPROWADZANYCH DO CIEKŁEJ STALI

ŻELIWNE ŁOŻYSKA ŚLIZGOWE ODPORNE NA ZUŻYCIE ŚCIERNE

BADANIA SKURCZU LINIOWEGO W OKRESIE KRZEPNIĘCIA I STYGNIĘCIA STOPU AlSi 6.9

AERODYNAMIKA UKŁADU KOŁO KOLEJOWE - KLOCEK HAMULCOWY I JEJ WPŁYW NA OBCIĄŻENIA TERMICZNE


ASSESSMENT OF ANALYTICAL MATHODS OF SOLIDIFICATION PROCESS AND INGOT FEEDHEAD SIZE DETERMINATION

WPŁYW TEMPERATURY W POMIESZCZENIACH POMOCNICZYCH NA BILANS CIEPŁA W BUDYNKACH DLA BYDŁA

Optymalizacja konstrukcji wymiennika ciepła

PRACA DYPLOMOWA Magisterska

ZDOLNOŚĆ SILUMINÓW DO ODWZOROWANIA FORMY. J. MUTWIL 1, D. NIEDŹWIECKI 2 Wydział Mechaniczny Uniwersytetu Zielonogórskiego

IDENTYFIKACJA I ANALIZA PARAMETRÓW GEOMETRYCZNYCH I MECHANICZNYCH KOŚCI MIEDNICZNEJ CZŁOWIEKA

OBLICZANIE PRĘDKOŚCI KRYTYCZNEJ PRZEMIESZCZANIA FALI CZOŁOWEJ STOPU W KOMORZE PRASOWANIA MASZYNY CIŚNIENIOWEJ


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

WPŁYW PARAMETRÓW PNEUMATYCZNEGO WDMUCHIWANIA I WŁASNOŚCI CZĄSTEK NA ZASIĘG STRUMIENIA

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA TRANSACTIONS OF FOUNDRY RESEARCH INSTITUTE

NIESTACJONARNY PRZEPŁYW CIEPŁA W TŁOKU DOŁADOWANEGO SILNIKA Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

STEROWANIE PROCESEM KRZEPNIĘCIA ODLEWU W TECHNOLOGII MODELI CIEPLNIE ZGAZOWYWANYCH. Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, Kraków 3

WPŁYW MIESZANKI EGZOTERMICZNEJ NA BAZIE Na 2 B 4 O 7 I NaNO 3 NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE STOPU AlSi7Mg

SZACOWANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK9 NA PODSTAWIE METODY ATND

WPŁYW DOGRZEWANIA I EKRANÓW CIEPLNYCH NA ZMIANĘ TEMPERATURY PASMA WALCOWANEGO W LINII LPS

ANALIZA ODLEWANIA ŻELIWA CHROMOWEGO W FORMIE PIASKOWEJ - FIZYCZNE MODELOWANIE STYGNIĘCIA

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

Modelowanie pola naprężeń we wlewku odlewanym w sposób ciągły Streszczenie Abstract Słowa kluczowe Key words: Wstęp

WYKORZYSTANIE SYMULACJI NUMERYCZNEJ DO WYZNACZANIA PARAMETRÓW PRZEPŁYWU POWIETRZA

WPŁYW TEMPERATURY WYGRZEWANIA NA UDZIAŁ FAZ PIERWOTNYCH W STRUKTURZE ŻAROWYTRZYMAŁEGO ODLEWNICZEGO STOPU KOBALTU

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

ANALIZA KRZEPNIĘCIA I BADANIA MIKROSTRUKTURY PODEUTEKTYCZNYCH STOPÓW UKŁADU Al-Si

DETERMINATION OF TEMPERATURE DISTRIBUTION IN ACTIVE COVERING DURING PRODUCING OF COATINGS BY CASTING METHOD.

PRZESTRZENNY MODEL PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO MASY FORMIERSKIEJ

MODYFIKACJA SILUMINU AK20. F. ROMANKIEWICZ 1 Politechnika Zielonogórska,

Transkrypt:

1/40 Solidification of Metals and Alloys, Year 1999, Volume 1, Book No. 40 Krzepnięcie Metali i Stopów, Rok 1999, Rocznik 1, Nr 40 PAN Katowice PL ISSN 0208-9386 COMPUTER SIMULATION OF ROUND BAR FLUIDITY TEST BOROWIECKI Bogusław Institute of Materials Engineering, Technical University of Szczecin 70-350 Szczecin, ul. Aleja Piastów 19, POLAND ABSTRACT Computer simulation of filling with metal the vertical channels of various diameters in fluidity test has been concerned in the paper. Mathematical and numerical model of solidification process during liquid phase move in mould channels has been worked out. Numerical calculation results has been compared to the empirical results and obtained satisfactory compatible for low-overheated metal. Analysis of the numerical results confirmed hypothesis, that in the channels of the various diameters there creates boundary layer of the same thickness. The layer depends on length of channel, metal viscosity and thermal physical properties of mould material. 1. Introduction Explanation metal fluidity mechanisms in channel and its solidification many investigators were engaged in [2, 3, 4, 5]. From among varied fluidity tests of alloys metals it is worth to pay attention to the round bar fluidity test. The vertical channels of various diameters have been located equidistant from pouring gate, fig. 1. Metal was flowing with equal speed through pouring gate to vertical channels. The metal solidification in filling channel of fluidity test casting has been considered. System dimensions of fluidity test casting have been presented on figure 1. Superheated metal with various temperatures has been poured gravitational into moulds. The vertical spur has been placed in the middle of mould. Vertical channel with diameters: φ 12, φ 10, φ 8, φ 7, φ 6, φ 5, φ 4, φ 3, φ 2 millimeters were filling with metal from below. During the filling of channels metal was stopping at the time, when solidified growing boundary layer obtained a value of channel radius [2].

16 2. Mathematical problem expression Fig. 1. Fluidity test of cast iron Rys. 1. Prętowa próba lejności In this vertical channels metal fill and solidify at various heights, which are dependent on channel diameter. The thermal field and the velocity field have been defined in liquid phase for movable boundary value, which shapes solidification front and they have an influence on kinetic of solidification. The phenomena of flow ability and thermal that accompanying of solidification process as nonstationary states has been considered, then it permits to achieve an analysis of temporary system state. For this purpose of mathematical problem has been formulated and on this base of numerical model has been worked, put for example finite element method. This model has been used for construction of analytical program, which enabled an execution of numerical calculation. Mathematical model has been reduced to differential system of equation. A number of theirs has been limited through a selection evidently phenomena, that permitted to obtain an effective numerical solution. The simplified assumptions with reference to the medium properties. Taking above into consideration, has been determined liquid metal has characteristic of viscosity liquid and of thermal conducting and its flow has laminar it has been received.

17 The velocity fields with solution system of equations Navier s Stokes and an equation of continuity has been received. The thermal fields from solution Fourier- Kirchhoff s equation with convection term of an equation has been received. The liquid metal solidify in temperature interval liquidus/solidus [7, 9, 10]. Taking into consideration change of thermal-physical parameters of metal, that depends on temperature and volume fraction of the solid phase. Solidification process has been defined with differential system of equations [1, 11, 12]: Navier-Stokes equation and continuity equation dν 2 ρ = p + η ν + ρg, ν = 0 (1) dt where: ρ mass density [kg/m 3 ], η viscosity [Ns/m 2 ], ν flow velocity [m/s], p pressure [N/m 2 ], t time [s]; heat flow in the solidifying casting with convection element T k (2) t ( T ( x, t) ) ρ C ρ C T ν = 0 where: k coefficient of thermal conductivity [W/(m K), T temperature [K], L C = c + substitute thermal capacity where as in the semi-liquid [J/(kg K)], T L T S L heat of solidification [J/(kg K)], c specific heat [J/(kg K), T L liquidus temperature [K], T S solidus temperature [K], x geometrical co-ordinate [m]. equation of state reduced to density which changes with temperature f ( p ρ, T ) = ρ( T ), (3) Above-mentioned system of equations of uniqueness conditions has been completed. The initial conditions define the physical state of system in the initial moment related to velocity field and thermal field. This system was considering as problem of symmetrical axis and boundary conditions assumed, as on fig. 2. Above equations system adequate to uniqueness conditions has been completed. Initial conditions define physical state of system in the first moment with reference to velocity field and thermal field [12, 13].

18 y x δ q = 0 l v = 0 x T = 0 x S AL 2r k T 1 TL A = k L n S n AL S AL T k = α x ( T ) k T A q = 0 V = V p T = T p Fig. 2. Considered system and boundary conditions assumed in the problem under study Rys.2. Rozważany układ i warunki brzegowe przyjęte w rozwiązywanym zadaniu It has been assumed that at the inlet to channel there are boundary conditions of first type (Dirychlete). On the symmetry axis and on limiting lanes of considering field has been assumed of II type boundary conditions (Neuman). Heat outlet from casting mould surface was according to III type conditions (Newton). Above formulated problem with finite element method has been solved [1, 6, 14]. Considered subdomain of metal casting mould surroundings system, gird of finite element has been digitized. In the work for numerical solution of the problem the finite element method has been employed. In the work it has been solved numerical conjugate of equations system. 3. Numerical calculation Numerical calculation has been made for round bar fluidity test that is shown in fig. 1. Phenomena of thermal and flowing occurring in sphere of channel were analysed with effect from initial moment of pouring sand mould to stoppage stream flow in vertical channel throttling by growth solidifying boundary layer. The sand moulds were poured with superheated grey cast iron of temperature T z. In calculation of initial velocity v p at entries to testing channels it was considered velocity of flow from hand ladle and resistance of flow in pouring gate. It was received following real temperature values for liquid metal: T z = 1530 [K], T L = 1483 [K], T s = 1428 [K].

19 Temperature of environment T w and initial temperature of sand mould were received as equivalent T f = T w =303 [K]. The surface film conductance from sand mould to environment averages α k = 40 [W/(m.K)]. Thermal-physical properties for grey cast iron were received from literature [8]. Their values are presented in table 1. Table 1. Thermal-physical properties of pouring cast iron Tablica 1. Własności termofizyczne odlewanego żeliwa c [J/(kg K)] ρ [kg/m 3 ] k [W/(m K)] T T S 560 7100 40.5 T T 724 7100 6920 40 24 S T L T T L 851 6920 24 Coefficient of absolute viscosity varied with temperature T z -T L it is received from literature [7]. Similarly the heat of solidification (L = 290 000 J/kg) it was received. Thermal-physical parameters (c specific heat, ρ mass density, k thermal conductivity, η absolute viscosity) for remaining subdomains of considered system, presented in table 2. Table 2. Thermal physical parameters for sand mould and air Tablica 2. Stałe termofizyczne dla formy i powietrza c [J/(kg K)] ρ [kg/m 3 ] k [W/(m K)] η [N s/m 2 ] Material of sand mould 1135 1590 1.6 - Air 1000 1.1 0.027 0.000019

20 Fig. 3. Illustration of numerical calculation results of velocity field of metal (for diameters: φ 4 mm, φ 7 mm, φ 10 mm) in the fluidity casting test Rys. 3. Ilustracja wyników obliczeń numerycznych rozkładu prędkości podczas wypełniania pionowych kanałów (o średnicach: φ 4 mm, φ 7 mm, φ 10 mm) prętowej próby lejności

21 Inlet velocity to channels with various diameters has been determined with the Bernoulli equation for the real liquid [15]. Velocity distribution in vertical channels with various diameters has been shown on fig. 3. There are characteristic of flow: turbulent in zone of entry and laminar at farther. In entry to channels velocity is maximal and equal for all channels with various diameters. Velocity is decreased during filling channels, because metalostatic pressure diminishes. On cross-section of metal stream for various heights it has been confirmed characteristic parabolic velocity distribution. As you can see on figures (1, 2, 3), the length of round bar depends on solidification of alloys process. Metals that flow in cold channel of fluidity test give in supervision. Growing viscosity caused essential growth of the boundary layer thickness that created on channel wall. The thickness of boundary layer grows first of all with growth of length channel and as a result it decreases active cross section of channel. In the middle of channel section the speed of stream filament is maximal [2, 3]. y 1490 K 178 1040 K φ 10 744 K 445 K 295 K x Fig. 4. Temperature field in vertical channel (for diameter φ 10 mm) after time 1.47 s. Rys. 4. Pole temperatury w kanale pionowym (o średnicy φ 10 mm) po czasie 1,47 s. The isotherm distribution depicts of profile thermal boundary layer surface. Metal stream in entry zone of middle channel showed maximum temperature. Temperature of laminar boundary layer was a value of freezing temperature. Distribution of velocity field and of thermal field in vertical various diameters channels, filling metal from bellow, confirms the hypothesis, that in the channels of the various diameters there creates boundary layer of the same thickness.

22 4. Summary Mathematical and numerical model of solidification process during liquid phase move in mould channels has been worked out. The results of numerical calculation have been compared to the empirical results and have been obtained satisfactory compatible for low-overheated metal. Analysis of the numerical results confirmed hypothesis, that in the channels of the various diameters there creates boundary layer of the same thickness. Velocity distribution in vertical channels with various diameter shows the flow characteristic: turbulent in zone of entry and laminar farther. The isotherm distribution depicts surface profile of thermal boundary layer. Metal stream in entry zone of middle channel showed maximum temperature. Temperature of laminar boundary layer was the value of freezing temperature. The thickness of boundary layer depends on length of channel, metal viscosity and thermal physical properties of mould material. ACKNOWLEDGEMENTS Author is grateful to Dr Ing. L. Sowa for valuable help concerning the solution of numerical problem as mentioned in the text. Presented here in experiments have been financially supported by KBN-RKH 1998 funds. LITERATURE [1] Bokota A., Sowa L.: Modelowanie narastania fazy stałej w cylindrycznym kanale formy. Krzepnięcie metali i stopów, 1993, vol. 18, s. 29-36. [2] Borowiecki B.: Boundary layer distortion factors in fluidity tests. Archives of mechanical engineering and automatization, No. 12, KTBM O/PAN, Poznań, 1993, pp. 77-84. [3] Borowiecki B.: Flow curve of liquid grey cast iron. Solidification of metals and alloys, No. 37, Foundry Commission of Polish Academy of Sciences, Katowice 1998, pp. 25-30. [4] Bydałek A.: About mechanism of filling a casting mould with a liquid metal. Solidification of metals and alloys, No. 37, Katowice 1998, pp. 31-40. [5] Dhatt G., Gao D.M., A Finie element simulation of metal flow in moulds. International Journal for Numerical Method in Engineering, 1990, vol. 30, s. 821-831. [6] Engler S., Lee Z. H., Fliessvermorgen und Warmrissverhalten von Blei-Animon Legierungen, Gießerei Forsch., 1978, Nr. 3, s. 107-116. [7] Gawroński J., Jura S., Cholewa M., Szajnar J., and other: Computer aided technology of massive steel castings. Solidification of metals and alloys, No 30.

23 [8] Ignaszak Z.: Thermal-physical properties of mould materials in the aspect of casting solidification control. Rozprawy nr 211, Polit. Poznańska, Poznań 1989. [9] Ignaszak Z., Baranowski A.: Morfologia krzepnięcia a warunki zasilania odlewów. Krzepnięcie metali i stopów, z. 19, wyd. PAN, 1994, s. 19-24. [10] Longa W.: Teoretyczna formuła do obliczania czasów zalewania form piaskowych żeliwem. Krzepnięcie metali i stopów, nr 24, 1995, s.71-76. [11] Mishima S., Szekeley J., The modelling of fluid and heat transfer in mould filling. ISIJ Inernational, 1989, vol. 29, nr 4, s. 324-332. [12] Mochnacki B., Suchy J.: Modelling and simulation of casting solidification. WNT, Warszawa 1993. [13] Sowa L., Symulacja narastania fazy stałej podczas przepływu metalu w zakrzywionym kanale dopływowym. Krzepnięcie Metali i Stopów, 1995, vol. 23, s. 26-36. [14] Szczygiol N., Sowa L.: Numerische Simulation des Anwachsen der festen Phase im Anschnittsystem einer Gießform. ZAHM. 75, 1994, s. 507-508. [15] Prosnak W.J.: Mechanika płynów. Wyd. PWN, Warszawa 1970. SYMULACJA KOMPUTEROWA PRĘTOWEJ PRÓBY LEJNOŚCI STRESZCZENIE Badania symulacyjne procesu wypełniania pionowych kanałów formy o różnych średnicach z jednoczesnym uwzględnianiem zjawiska krzepnięcia metalu umożliwiają wytłumaczenie wielu zjawisk [6, 7, 8, 11]. Celem badań była weryfikacja przyjętej hipotezy w myśl której grubość warstwy przyściennej metalu w kanale pionowym formy nie zależy od średnicy kanału lecz od lepkości metalu i wymiany ciepła na granicy metal forma, która wpływa na rozkład pola prędkości i temperatur w tym kanale. Rozważaniom poddano proces krzepnięcie metalu w wypełnianym kanale pionowym próby lejności w formie piaskowej, rys. 2. Oprócz pól temperatur określano tu jednocześnie pola prędkości w fazie ciekłej w obszarze o ruchomych brzegach, kształtujące front krzepnięcia i wpływające na kinetykę krzepnięcia. Zjawiska cieplnoprzepływowe, towarzyszące procesowi krzepnięcia, rozpatrywano jako nieustalone, co pozwoliło dokonywać analizy chwilowych stanów układu. Aby osiągnąć ten cel sformułowano model matematyczny i na jego bazie opracowano model numeryczny w metodzie elementów skończonych, który posłużył do konstrukcji programu obliczeniowego umożliwiającego wykonanie symulacji numerycznych tak postawionego problemu. Dążąc do uwzględniania wszelkich zjawisk we wzajemnym wpływie na siebie, model matematyczny sprowadzono do rozbudowanego układu równań różniczkowych. Ich liczbę ograniczono, przez wybór najistotniejszych zjawisk dla analizy rozważanego problemu, tak aby uzyskać efektywne rozwiązanie numeryczne. Sformułowano również założenia upraszczające odnośnie właściwości rozważanego ośrodka i charakteru jego zachowania się pod wpływem oddziaływań zewnętrznych.

24 Mając powyższe na uwadze, przyjęto że ciekły metal ma cechy cieczy lepkiej nieściśliwej i przewodzącej ciepło, a jego przepływ jest laminarny. Pola prędkości otrzymano z rozwiązania układu równań Naviera-Stokesa i równania ciągłości strugi, natomiast pola temperatur z rozwiązania równania Fouriera-Kirchhoffa z członem konwekcyjnym [11, 13, 14, 15]. Założono, że front krzepnięcia jest rozmyty, tzn. ciekły metal krzepnie w przedziale temperatur likwidus-solidus [5, 8, 9]. W modelowaniu tego zjawiska równanie przewodnictwa ciepła uzupełniono o człon ciepła krzepnięcia przez wprowadzenie go do efektywnej pojemności cieplnej [6]. Uwzględniano zmianę parametrów termofizycznych od temperatury i od udziału fazy stałej w dwufazowej strefie przejściowej. Porównanie wyników obliczeń numerycznych z wynikami pomiarów długości powstałych prętów żeliwnych w formach eksperymentalnych (rys. 3) wykazuje zadowalającą zgodność dla żeliwa o niskim stopniu przegrzania. Rozkład pól prędkości oraz pól temperatury w kanałach pionowych wypełnianych ciekłym stopem potwierdzają przyjętą hipotezę o mechanizmie narastania warstwy przyściennej metalu w kanale pionowym. Recenzował Prof. dr hab. inż. Stanisław Jura