مطالعه عددی تأثیر اعمال یک میدان مغناطیسی ثابت بر جابجایی آزاد متلاطم در یک حفره دو بعدی

در هنگام ریخته گری فلزات، به علت اختلاف دمایی بین دیواره ها و فلز مذاب جریان جابجایی آزاد درون محفظه ریخته گری به وجود می آید که بر ساختار نهایی فلز ریخته گری شونده تاثیر می گذارد. یکی از عوامل تاثیر گذار بر جریان جابجایی، میدان مغناطیسی می باشد که می تواند جریان جابجایی را کاهش دهد. همچنین به علت بزرگ بودن ابعاد محفظه ریخته گری و اختلاف دمایی بالا بین دیواره ها و فلز مذاب جریان جابجایی در محدوده جریان-های متلاطم قرار می گیرد. در این تحقیق، با نوشتن یک برنامه کامپیوتری، به بررسی عددی تأثیر اعمال یک میدان مغناطیسی ثابت بر جریان جابجایی آزاد، میدان دما و میزان آشفتگی در حالت پایدار و متلاطم درون یک محفظه دو بعدی حاوی فلزات مذاب با اعداد پرانتل 011/0، 022/0 و 054/0 برای محفظه ای با دیواره های جانبی دما ثابت پرداخته شده است. علاوه بر بررسی تأثیر قدرت میدان مغناطیسی (عدد هارتمن) بر میدان جریان، میدان دما و میزان آشفتگی، تأثیر تغییرات عدد رایلی و عدد پرانتل بر میدان جریان و میدان دما مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. برای تبدیل معادلات دیفرانسیل به معادلات جبری از روش حجم محدود ارائه شده توسط پاتنکار استفاده شده است. نتایج حاصله بصورت خطوط دما ثابت، خطوط جریان، بررسی روی میزان آشفتگی جریان و همچنین نمودارهای تغییرات ضریب انتقال حرارت و ماکزیمم قدر مطلق تابع جریان ارائه شده است. نتایج نشان دادند که با افزایش عدد هارتمن، بخاطر تقابل نیروی لورنتز با نیروی شناوری، از مقادیر سرعت درون محفظه کاسته شده و در نتیجه ماکزیمم قدر مطلق تابع جریان و نرخ انتقال حرارت کلی بین دیواره های گرم و سرد محفظه کاهش یافته، جابجایی آزاد تضعیف می شود و از میزان آشفتگی جریان کاسته می شود. همچنین با اعمال یک میدان مغناطیسی مناسب می توان جابجایی آزاد را از بین برده و به سمت هدایت خالص پیش رفت. همچنین با افزایش عدد پرانتل میزان آشفتگی جریان افزایش می یابد و جریان در عدد رایلی پایینتری متلاطم می-شود. با افزایش عدد رایلی نیز تاثیر پذیری جریان از میدان مغناطیسی کاهش می یابد.