Saf Bir Metalin Faz Dönüşümünde Meydana Gelen Doğal Taşınımın Sayısal İncelenmesi

Abstract

Sıvı metallerin katılaşma sürecinde meydana gelen faz dönüşümü sırasında meydana gelen doğal taşınım, metallerin termoakışkan nakil süreçlerini önemli ölçüde etkilemektedir. Bu çalışmada, üçgen bir geometri içinde faz değiştiren sıvı metalin katılaşma süreci sayısal olarak incelenmiştir. Bu çalışmada sayısal çözümleme işlemi, bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği programı olan FLUENT ticari paket programı kullanılarak yapılmıştır. Sayısal çözümlemelerde faz değiştiren metal olarak saf bakır kabulü alınmıştır. Çözüm, referans kenar uzunluğunda, bir açısı dik, diğer taban kenar açısının farklı açı değerleri ele alınmak suretiyle iki boyutlu gerçekleştirilmiştir. Üçgen geometrinin her üç kenarı da orta noktalarından ikiye ayrılmış, toplam altı sınır koşulu (giriş, çıkış, yan duvar, serbest yüzey, katı duvar ve alt duvar) kullanılarak çözümleme yapılmıştır. Faz değiştiren metalde doğal taşınım etkisiyle gerçekleşen katı, mantarlaşma (mushy) ve sıvı bölgelerin zamanla katılaşması incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, üçgen geometrinin taban açısı artışı ile birlikte aynı süre içerisinde oluşan katı bölgenin alanının arttığı gözlemlenmiştir. Buna bağlı olarak, açı değerinin artmasıyla birlikte katılaşma hızının arttığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Katılaşma, Kapalı Ortamlarda Doğal Taşınım, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD).

In the solidification process, natural convection that occur during phase transformation, substantially affects thermofluid transport process of metals. In this study, phase transformation liquid metal solidification process in a triangle geometry was investigated numerically. In this study, numerical analysis process was created using with FLUENT trading package programme which is a Computational Fluid Dynamics programme. On the numerical analysis, phase change material as pure copper getting accepted. Study was realized at reference edge length, vertical one angle, taking different angle values of other base edge angle at two dimensional geometry. All of three edges of triangle geometry was divided midpoint, using total six boundary conditions (inlet, outlet, side wall, free surface, solid wall and bottom wall) analysis was made. Actualizing solid, mushy and liquid regions on the phase change metal with natural convection effect was investigated solidification as a function of time. According to the converged results, increasing along with angle rate on the base angle, occuring solid region area increases at the same time was observed. Accordingly, along with increasing angle rate solidification speed increases was occured. Keywords: Solidification, Natural Convection in Closed Environments, Computational Fluid Dynamics (CFD).