شبیه سازی انتقال حرارت، جریان سیال و انجماد در فرآیند ریخته گری مداوم تک غلتکه تسمه فلزی

فرایند ریخته گری تک غلتکه تسمه از روش های موجود در فن آوری نوین ریخته گری تسمه است که در تکامل فرایندهای ریخته گری مداوم نزدیک به شکل نهایی در دهه اخیر مقیاس صنعیتی به خود گرفته و کاهش قابل توجهی را در مصرف هزینه و انرژی در مقایسه با روش های سابق ریخته گری مداوم و نورد گرم ورقهای فلزی به دنبال داشته است. اگرچه در دهه های اخیر تلاش های پراکنده ای برای پیش بینی کارایی این فرایند به کمک مدل های عددی صورت گرفته لیکن فاصله زیادی بین مدل های مارکوسکوپی این فرایند و مدل های توسعه یافته میکروسکوپی دقیق از انجماد دندریتی به چشم می خورد در تحقیق حاضر سعی بر بنا کردن مدلی بوده که سهولت کاربرد و ساختار ماکروسکوپی آن راه را بر توسعه میکروسکوپی مدل نبندد. با این هدف مدلی یکپارچه پایدار و دوبعدی از انتقال حرارت جریان سیال و انجماد در حوضچه مذاب و تسمه جامد شده بنا شد. معادله های اصلی مدل را چهار معادله دیفرانسیل جزئی شامل پیوستگی حرکت در دو جهت و انرژی تشکیل می دهند. مدل سازی انجماد از طریق روش آنتالپی در معادله انرژی لحاظ شد و جمله دارسی برای اعمال حرکت جامد تصحیح جریان در ناحیه خمیری به کار فت. با اعمال شرای طمرزی مناسب معادلات مدل به کمک روش اختلاف محدود بر مبنای حجم کنترل حل شدند. به منظور ارزیابی مدل حاصل نتایج شبیه سازی ریخته گری تک غلتکه تسم هآلومینیمی با استفاده از مدل باداده های تجربی دیگر محققین به صورت ضخامت تسمه برحسب سرعت چرخش غلتک مقایسه گردید. سپس فرایند ریخته گری تک غلتکه تسمه سربی به کمک مدل حاصل شبیه سازی شد و مطالعات پارامتری بر روی آن صورت گرفت. پارامترهای بررسی شده در فرایند عبارتند از سرعت چرخش غلتک ضریب انتقال حرارت فصل مشترک تسمه/غلتک ارتفاع مذاب در تاندیش فوق ذوب مذاب فاصله غلتک از دیواره تاندیش و عرض دهانه ورودی مذاب به حوضچه نتایج حاصل از شبیه سازی به صورت توزیع دما در حوضچه مذاب و تسمه میدان های سرعت و خطوط مسیر جریان و همچنین تغییرات ضخامت تسمه با پارامترهای ذکر شده به دست آمدند. این نتایج شیب تند دمایی در تسمه جامد شده در جهت شعاع غلتک و وجود یک جریان گرابی اصلی را در بالای حوضچه مذاب نشان می دهند. همچنین مدل کاهش ضخامت تسمه را با افزایش سرعت چرخش غلتک و فوق ذوب مذاب و افزایش ضخامت تسمه را با افزایش ضریب انتقال حرارت و ارتفاع مذاب پیش بنی می کند.