11026

11026

شبيه‌سازي حركت گذراي ذرات آخال در جريان آشفته مذاب طي فرآيند ريخته‌گري مداوم تختال فولاد

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد - گرايش شناسايي و انتخاب مواد فلزي

آبان 1391

آبان 1391

سيدين - ابوطالبي

چكيده تلاش براي بهينه‌سازي و ارتقاء كيفيت محصولات در فرآيند ريخته‌گري مداوم فولاد امري بديهي است. آخال يكي از عوامل كاهش كيفيت در تختال‌هاي فولادي به شمار مي‌رود. با استفاده از مدلسازي مسير حركت ذره در ناحيه قالب ريخته‌گري مداوم مي‌توان شرايط بهينه حذف آخال از طريق جذب در فاز سرباره را پيش‌بيني نمود. مهمترين پديده‌اي كه حركت ذرات آخال را كنترل مي‌نمايد، جريان آشفته مذاب است. بسياري از محققين از مدل آشفتگي k-ε و برخي از مدل آشفتگي LES براي شبيه‌سازي جريان آشفته در ريخته‌گري مداوم استفاده كرده‌اند. در اين پ‍ژوهش اثر اين دو مدل آشفتگي بر حركت ذره آخال مورد ارزيابي قرار گرفت تا ضرورت پرداخت هزينه‌هاي سنگين شبيه‌سازي LES تعيين گردد. لذا ابتدا جريان سيال در مدل‌هاي فيزيكي آبي، مدلسازي عددي شد و با نتايج آزمون‌هاي PIV و HWA ‌اعتبارسنجي گرديد. سپس الگوي جريان و استهلاك فوق‌گداز در حالت تكفاز (مذاب فولاد) و چند فازي (مذاب فولاد، سرباره و هوا)، به صورت مجزا شبيه‌سازي و مقايسه گرديد. پس از اين حركت ذرات پلاستيك در مدل فيزيكي آبي و حركت ذرات آخال آلومينا و سيليس در ميدان جريان چندفازي مدل شدند. مشاهده شد كه مدل آشفتگي LES‌ در حالت لحظه‌اي به صورت كيفي و كمي مي‌تواند با دقت خوبي جريان سيال در ناحيه قالب را شبيه‌سازي نمايد. حال آنكه هر دو مدل آشفتگي در حالت ميانگين زماني گرفته شده به صورت كيفي و كمي مي‌توانند، با دقت قابل قبولي جريان سيال را پيش‌بيني كنند. اما مشخص شد كه در حالت چندفازي، زير ناحيه فصل مشترك مذاب-سرباره، الگوي جريان در حالت ميانگين زماني گرفته شده، براي دو مدل آشفتگي رفتار متمايزي نشان مي‌دهد. علاوه بر اين بررسي حركت ذرات پلاستيك در مدل آبي نشان داد كه نتايج حاصل از مدلسازيLES‌ داراي انحراف معيار بزرگتري نسبت به نتايج مدلسازيk-εهستند. همچنين نتايج حاصل از مدلسازي LES‌ در بازه‌هاي زماني مختلف به نتايج مدلسازي فيزيكي نزديكتر است. اين در حالي است كه در يك بازه زماني بزرگ، نتايج حاصل از شبيه‌سازي حركت ذره در مدل آبي توسط هر دو مدل آشفتگي مشابه هم بوده و به خوبي از نتايج مدلسازي فيزيكي پيروي مي‌كند. در حالت چندفازي، روند تغييرات درصد ذرات آلومينا و سيليس كه وارد فاز سرباره مي‌گردند به ازاي تغييرات قطر ذره براي هر دو مدل ويسكوز مشابه است. علاوه بر اين در شرايطي كه نتايج حاصل از مدل k-ε براي ذرات آخال آلومينا و سيليس يكسان است، نتايج حاصل از مدل LES‌ تا 4% اختلاف را نشان مي‌دهد. از نتايج بدست آمده چنين نتيجه گرفته مي‌شود كه دقت بالاي مدل LES استفاده از اين مدل آشفتگي را در شبيه‌سازي حركت ذره در ريخته‌گري مداوم فولاد توجيه‌پذير مي‌نمايد. كليدواژه ها: شبيه‌سازي، ريخته‌گري مداوم، آخال، جريان آشفته، مدل k-ε، مدل LES