شبیه سازی جریان گالیوم در یک قالب حلقوی در حضور میدان مغناطیسی به منظور بهبود فرآیند ریخته‌گری

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

مسعود افرند ¹ (استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران.)
مسعود کثیری ² (استادیار، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران.)

Received: 2016-01-21 Accepted : 2016-11-08 Published : 2016-07-22

Keywords: میدان مغناطیسی, شبیه سازی عددی, جابجایی آزاد, گالیوم مذاب, فرآیند ریخته گری,

Abstract :

وجود جریان جابجایی آزاد درون محفظه‌ای که از یک مذاب در حال انجماد پر شده است باعث پدیدار شدن یک ساختار غیر همگن و درشت دانه در محصول نهایی می‌گردد. با اعمال میدان مغناطیسی مناسب بر مذاب درون محفظه، جریان جابجایی آزاد کاهش یافته و یک ساختار ریز دانه و همگن در محصول نهایی بوجود می آید. در این تحقیق، با استفاده از روش حجم محدود، به بررسی عددی تأثیر اعمال یک میدان مغناطیسی بر جریان جابجایی آزاد و میدان دما در حالت دائم و آرام درون یک حلقه طویل، که گالیم مذاب در فضای بین دو استوانه افقی هم محور قرار دارد پرداخته شده است. دیواره‌های خارجی و داخلی حلقه به ترتیب دارای دمای سرد و گرم هستند. اثر قدرت میدان مغناطیسی بر میدان جریان و میدان دما، تأثیر تغییرات پارامترهای مختلف دیگری نظیر عدد رایلی، زاویة اعمال میدان مغناطیسی و نسبت شعاع های داخلی و خارجی حلقه بر میدان جریان و میدان دما مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با مایل کردن میدان معناطیسی نسبت به افق مقدار عدد ناسلت افزایش یافت که این افزایش در بازه ای خاص از اعداد هارتمن محسوس تر است. همچنین با افزایش عدد رایلی روند تغییر عدد ناسلت برحسب قدرت میدان مغناطیسی تغییری نمی‌کند.

References:

[1]       Sheikhzadeh G. A., Sarhaddi F., Wongwises S., Multi-objective optimization of natural convection in a cylindrical annulus mold under magnetic field using particle swarm algorithm, International Communications in Heat and Mass Transfer, 60, 2015, pp. 13-20.

[2]       Afrand M., Sina N., Teimouri H., Mazaheri A., Safaei M.R., Hemmat Esfe M., Kamali J., Toghraie D., Effect of magnetic field on free convection in inclined cylindrical annulus containing molten potassium, International Journal of Applied Mechanics, 7, 2015, p. 1550052 (16 pages).

[3]     Afrand M., Rostami S., Akbari M., Wongwises S., Hemmat Esfe M., Karimipour A., Effect of induced electric field on magneto-natural convection in a vertical cylindrical annulus filled with liquid potassium, International Journal of Heat and Mass Transfer, 90, 2015, pp. 418–426.

 [4] Sankar M., Venkatachalappa M., Shivakumara, I.S., Effect of magnetic field on natural convection in a vertical cylindrical annulus, International Journal of Engineering Science, 44, 2006, pp. 1556–1570.

[5] Sekhar, T.V.S., Sivakumar, R., Kumar, H. and Ravi kumar, T.V.R.  “Effect of aligned magnetic field on the steady viscous flow past a circular cylinder”, Applied Mathematical Modelling, Vol. 31, pp. 130–139, 2007.

 [6] Kabeir S.M.M., Hakiem M.A., Rashad A.M., Group method analysis of combined heat and mass transfer by MHD non-Darcy non-Newtonian natural convection adjacent to horizontal cylinder in a saturated porous medium, Applied Mathematical Modelling, 32, 2008, pp. 2378–2395.

[7] Barletta A., Lazzari S., Magyari E., Pop, I., Mixed convection with heating effects in a vertical porous annulus with a radially varying magnetic field, International Journal of Heat and Mass Transfer, 51, 2008, pp. 5777–5784.

[8] Ishak A., Nazar R., Pop L., Magnetohydrodynamic (MHD) flow and heat transfer due to a stretching cylinder, Energy Conversion and Management, 49, 2008, 3265–3269.

[9] Kakarantzas S.C., Sarris I.E., Grecos A.P., Vlachos N.S., Magnetohydrodynamic natural convection in a vertical cylindrical cavity with sinusoidal upper wall temperature, International Journal of Heat and Mass Transfer, 52, 2009, pp. 250–259.

[10] Ellahi R., Hayat T., Mahomed F.M., Zeeshan A., Analytic solutions for MHD flow in an annulus, Communications Nonlinear Sciences Numerical Simulation, 15, 2010,  pp. 1224–1227.

 [11]  Venkatachalappa  M.,  Do Y.,  Sankar M., Effect of magnetic field on the heat and mass transfer in a vertical annulus, International Journal of Engineering Science, 49, 2011, pp. 262-278.

[12] Kuehn T.H., Goldstein R.J., An Experimental and Theoretical Study of Natural Convection in the Annulus Between Horizontal Concentric Cylinders, Journal of Fluid Mechanics, 4, 1976,  pp. 695-719.