Strömung von Flüssigstahl und Transport von Einschlüssen in einer Stahl-Stranggussanlage:
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Linz
Trauner
2006
|
| Ausgabe: | 1. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Schriften der Johannes-Kepler-Universität Linz
50 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Zugl.: Linz, Univ., Diss., 2006 |
| Beschreibung: | 277 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3854990065 |
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Datensatz im Suchindex
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 11
1.1. Stranggussverfahren 11
1.2. Einschlüsse 13
1.2.1. Entstehung 14
1.2.2. TVansport 15
1.2.3. Abscheidung 15
1.2.4. Ablagerung 15
1.3. Stationärer Betrieb 16
1.3.1. Verteiler 16
1.3.2. Strang 17
1.4. Instationärer Betrieb (Pfannenwechsel) 18
2. Grundlagen 21
2.1. Bewegungsgleichung Strömung 21
2.2. Bewegungsgleichung Partikel 22
2.2.1. Kräfte 22
2.2.2. Driftgeschwindigkeit 23
2.2.3. Stationäre Lösung 24
2.2.4. Relaxationszeit und -weg 25
2.2.5. Euler sehe Formulierung 27
2.3. Turbulenz 28
2.3.1. Reynolds-Mittelung 29
2.3.2. Wirbelviskosität und Wirbeldiffusivität 30
2.3.3. Zweigleichungs-Turbulenzmodelle 31
2.3.4. Reynolds-Spannungsmodell (RSM) 32
2.3.5. Strömungen in Wandnähe 33
2.3.6. Instationäre Reynolds-gemittelte Gleichungen 34
2.3.7. Large Eddy Model (LES) 35
2.3.8. Überblick 36
2.4. Erstarrung 36
5
2.4.1. Latente Wärme 36
2.4.2. Erstarrungsmodelle 38
2.4.3. Schalenwachstum 41
3. Geometrien und Materialdaten 44
3.1. Verteilergeometrie 44
3.2. Strang 45
3.2.1. Stranggeometrie 45
3.2.2. Gießrohr 47
3.3. Materialdaten 49
4. Analytische Betrachtungen 51
4.1. Abscheidung in durchströmten Behältern 51
4.2. Parallelströmung 53
4.2.1. Horizontal geschichtetes Geschwindigkeitsprofil 54
4.2.2. Vertikal und horizontal geschichtetes Geschwindigkeitsprofil 55
4.2.3. Kanal mit geneigten Seitenwänden 57
4.3. Zweidimensionale Strömungen 59
4.4. Toträuine 60
4.5. Drallströmung 62
4.6. Beschleunigte Fluide 64
4.7. Turbulente Durchmischlingseffekte 65
4.7.1. Parallelströmung mit vertikaler Durchmischung 65
4.7.2. Parallelströmung mit horizontaler Durchmischung 67
4.7.3. Turbulenzwirbel 67
4.7.4. Durchmischung in komplexen Strömungen 68
4.8. Zeitabhängiges Verhalten 68
4.8.1. Verweilzeitkurve 68
4.8.2. Größtmögliche minimale Verweilzeit 69
4.8.3. Mittlere Venveilzeit 69
4.8.4. Mischbeieich 70
4.8.5. Ähnlichkeiten von Konzentrationskurven 71
4.9. Optimierungskriterien Verteiler 73
4.9.1. Traditionelle Abscheidungs-Optimierungskriterien 73
4.9.2. Neue Optimierungskritcrien 76
4.10. Einschlusszonen im Strang 78
4.10.1. Abscheidung am Kokillenbadspiegel 78
4.10.2. Miterstarrte Einschlüsse in der senkrechten Zone 78
4.10.3. Miterstarrte Einschlüsse in der Biegezone 78
4.11. Gekrümmte Parallelströninng mit Erstarrung 80
4.11.1. Partikelbahnen 80
4.11.2. Lage und Dicke des Einschlussbandes im Strangquerschnitt 82
4.11.3. Konzentrationsverteilung im Einschlussband 84
4.12. Instationäre Partikelausbreitung im Strang 87
4.12.1. Konzentrationsverschiebung 87
4.12.2. Ähnlichkeit von Konzentrationskurven 88
5. Numerische Methoden 90
5.1. Modellgleichungen 90
5.2. Diskretisierung 91
5.2.1. Integrale Formulierung 91
5.2.2. Finite Volumen 92
5.2.3. Upwind-Diskretisierung 92
5.3. Fehlerarten 93
5.3.1. Modellfehler 94
5.3.2. Diskretisierungsfehler 94
5.3.3. Abbruchfehler 94
5.3.4. Rundungsfehler 95
5.3.5. Gesamtfehler 95
5.4. Numerische Viskosität und Diffusion 96
5.4.1. Upwind erster Ordnung 96
5.4.2. Upwind zweiter Ordnung 100
5.4.3. Auswirkungen der numerischen Diffusion 102
5.4.4. 3D Hexaedergitter 106
5.4.5. Partikeltransport im Verteiler 107
5.5. Euler-Lagrange-Verfahren 111
5.6. Randbedingungen 112
5.6.1. Einströmrandbedingungen 112
5.6.2. Wände 112
5.7. Vernetzung 114
5.7.1. Linien: Grading 115
5.7.2. Flächen 116
5.7.3. Volumen 116
5.7.4. Boundary Layers 116
5.7.5. Grid Interfaces 116
5.8. Mathematisches Verteilermodell 116
5.8.1. Geometrie 116
5.8.2. Gleichungen 117
5.8.3. Randbedingungen 117
5.8.4. Gitter 118
5.8.5. Veränderlicher Füllstand 118
5.9. Mathematisches Stranggussmodell 121
5.9.1. Erstarrung 121
5.9.2. Geometrie 122
5.9.3. Gleichungen 124
5.9.4. Randbedingungen 124
5.9.5. Gitter Strang 126
5.9.6. Gitter Wassermodell 126
5.9.7. Modellierung der Ablagerungen an den Gießrohrwänden 128
5.9.8. Konvergenzverhalten 130
5.9.9. Numerische Auswertungen der Einschlussverteilung 131
6. Experimentelle Methoden 136
6.1. Anlagenmessungen 136
6.1.1. Strömungsmessungen 136
6.1.2. Ultraschall-Lokalisierung von Einschlüssen 136
6.1.3. Bestimmung der Legierungsanteile (Analysenverläufe) 136
6.2. Wassennodell l37
6.2.1. Geometrische Ähnlichkeit 137
6.2.2. Reynolds-Ähnlichkeit l37
6.2.3. Froude-Ähnlichkeit 138
6.2.4. Partikel-Ähnlichkeit 139
6.2.5. Modellgeometrien Verteiler 140
6.2.6. Modellgeometrie Strang 141
6.3. Farbversuche 142
6.4. Partikelversuche l43
6.4.1. Partikel l44
6.4.2. Messverfahren 146
6.5. Particle Image Velocimetry (PIV) 147
6.5.1. Grundlagen der PIV-Messung 147
6.5.2. Auswertungen 149
6.5.3. Spezifikation des verwendeten PIV Systems 150
6.5.4. Erweiterung für Messungen an freien Flüssigkeitsoberfiächen 150
6.5.5. Anwendungen 151
6.6. Erstarrungsmodell 152
7. Ergebnisse Verteiler 155
7.1. Strömung 155
7.1.1. Ebene xO (Schattenrohr) 156
7.1.2. Ebene x20 163
7.1.3. Ebene x50 166
7.1.4. Ebene yO (Schattenrohr) 171
7.1.5. Ebene y7 173
7.1.6. Ebene yl4 173
7.2. Einschlussverhalten stationär 178
7.2.1. Standardgeometrie 178
7.2.2. Pralltopf 178
7.2.3. Nichtgeostrophe Konturen 180
7.3. Optimierung des stationären Einschlussverhaltens 181
7.3.1. Idealisiertes paralleles Einströmen 181
7.3.2. Parallelströmungen durch Umlenkungen 183
7.3.3. Parallelströmung durch Lochplatten 184
7.3.4. Minimierter Wandkontakt 186
7.4. Einschlussverhalten instationär 187
7.4.1. Farbversuche (Verweilzeitkurven) 188
7.4.2. Verweilzeitkurven und Abscheidung 190
7.4.3. Einschlüsse 192
7.4.4. Pfannenwechsel 193
8. Ergebnisse Strang Wassermodell 199
8.1. Gießrohr unverdreht Typ Dach 200
8.1.1. Mittelebene (Ebene xm) 200
8.1.2. Badspiegel (Ebene bsp) 211
8.2. Gießrohr unverdreht Typ Box 211
8.2.1. Gießrohrinneres (Ebene zm) 211
8.2.2. Mittelebene (Ebene xm) 213
8.2.3. Badspiegel (Ebene bsp) 215
8.3. Gießrohr verdreht Typ Dach 218
8.4. Gießrohr verdreht Typ Box 225
9. Ergebnisse Strang 229
9.1. Strömung im oberen Strangbereich 229
9.1.1. Unverdrehtes Gießrohr Typ Dach 229
9.1.2. Verdrehtes Gießrohr Typ Dach 236
9.2. Strömung im unteren Strangbereich 238
9.2.1. Unverdrehtes und verdrehtes Gießrohr 238
9.2.2. Asymmetrische Strömungen beim verdrehten Gießrohr 242
9.3. Einschlussverteilung bei stationärer Zugabe 242
9.3.1. Unverdrehtes Gießrohr 245
9.3.2. Verdrehtes Gießrohr 245
9.3.3. Asymmetrische Strömungen beim verdrehten Gießrohr 247
9.3.4. Parametervariationen beim verdrehten Gießrohr 250
9.4. Einschlussverteilung bei instationärer Zugabe 252
9.4.1. Impulsartige Zugabe im Gießrohr 252
9.4.2. Pfannenwechsel 255
10. Zusammenfassung 258
10.1. Verteiler 258
10.2. Strang 260
11. Literaturverzeichnis 262
A Anhang 267
AI. Verwendete Symbole und Abkürzungen 267
ALI. Lateinische Buchstaben 267
A1.2. Griechische Buchstaben 269
AI.3. Indizes und hochgestellte Symbole 269
A1.4. Abkürzungen 270
A2. Frequenzanalyse mit DFT 271
A3. Euler sche Implementierung für Flueut 272
A3.1. User Defined Scalar Gleichungen 272
A3.2. UDF Sourcecode 272
A4. Implementierung des Erstarrungsmodells in Fluent 275
|
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 11
1.1. Stranggussverfahren 11
1.2. Einschlüsse 13
1.2.1. Entstehung 14
1.2.2. TVansport 15
1.2.3. Abscheidung 15
1.2.4. Ablagerung 15
1.3. Stationärer Betrieb 16
1.3.1. Verteiler 16
1.3.2. Strang 17
1.4. Instationärer Betrieb (Pfannenwechsel) 18
2. Grundlagen 21
2.1. Bewegungsgleichung Strömung 21
2.2. Bewegungsgleichung Partikel 22
2.2.1. Kräfte 22
2.2.2. Driftgeschwindigkeit 23
2.2.3. Stationäre Lösung 24
2.2.4. Relaxationszeit und -weg 25
2.2.5. Euler'sehe Formulierung 27
2.3. Turbulenz 28
2.3.1. Reynolds-Mittelung 29
2.3.2. Wirbelviskosität und Wirbeldiffusivität 30
2.3.3. Zweigleichungs-Turbulenzmodelle 31
2.3.4. Reynolds-Spannungsmodell (RSM) 32
2.3.5. Strömungen in Wandnähe 33
2.3.6. Instationäre Reynolds-gemittelte Gleichungen 34
2.3.7. Large Eddy Model (LES) 35
2.3.8. Überblick 36
2.4. Erstarrung 36
5
2.4.1. Latente Wärme 36
2.4.2. Erstarrungsmodelle 38
2.4.3. Schalenwachstum 41
3. Geometrien und Materialdaten 44
3.1. Verteilergeometrie 44
3.2. Strang 45
3.2.1. Stranggeometrie 45
3.2.2. Gießrohr 47
3.3. Materialdaten 49
4. Analytische Betrachtungen 51
4.1. Abscheidung in durchströmten Behältern 51
4.2. Parallelströmung 53
4.2.1. Horizontal geschichtetes Geschwindigkeitsprofil 54
4.2.2. Vertikal und horizontal geschichtetes Geschwindigkeitsprofil 55
4.2.3. Kanal mit geneigten Seitenwänden 57
4.3. Zweidimensionale Strömungen 59
4.4. Toträuine 60
4.5. Drallströmung 62
4.6. Beschleunigte Fluide 64
4.7. Turbulente Durchmischlingseffekte 65
4.7.1. Parallelströmung mit vertikaler Durchmischung 65
4.7.2. Parallelströmung mit horizontaler Durchmischung 67
4.7.3. Turbulenzwirbel 67
4.7.4. Durchmischung in komplexen Strömungen 68
4.8. Zeitabhängiges Verhalten 68
4.8.1. Verweilzeitkurve 68
4.8.2. Größtmögliche minimale Verweilzeit 69
4.8.3. Mittlere Venveilzeit 69
4.8.4. Mischbeieich 70
4.8.5. Ähnlichkeiten von Konzentrationskurven 71
4.9. Optimierungskriterien Verteiler 73
4.9.1. Traditionelle Abscheidungs-Optimierungskriterien 73
4.9.2. Neue Optimierungskritcrien 76
4.10. Einschlusszonen im Strang 78
4.10.1. Abscheidung am Kokillenbadspiegel 78
4.10.2. Miterstarrte Einschlüsse in der senkrechten Zone 78
4.10.3. Miterstarrte Einschlüsse in der Biegezone 78
4.11. Gekrümmte Parallelströninng mit Erstarrung 80
4.11.1. Partikelbahnen 80
4.11.2. Lage und Dicke des Einschlussbandes im Strangquerschnitt 82
4.11.3. Konzentrationsverteilung im Einschlussband 84
4.12. Instationäre Partikelausbreitung im Strang 87
4.12.1. Konzentrationsverschiebung 87
4.12.2. Ähnlichkeit von Konzentrationskurven 88
5. Numerische Methoden 90
5.1. Modellgleichungen 90
5.2. Diskretisierung 91
5.2.1. Integrale Formulierung 91
5.2.2. Finite Volumen 92
5.2.3. Upwind-Diskretisierung 92
5.3. Fehlerarten 93
5.3.1. Modellfehler 94
5.3.2. Diskretisierungsfehler 94
5.3.3. Abbruchfehler 94
5.3.4. Rundungsfehler 95
5.3.5. Gesamtfehler 95
5.4. Numerische Viskosität und Diffusion 96
5.4.1. Upwind erster Ordnung 96
5.4.2. Upwind zweiter Ordnung 100
5.4.3. Auswirkungen der numerischen Diffusion 102
5.4.4. 3D Hexaedergitter 106
5.4.5. Partikeltransport im Verteiler 107
5.5. Euler-Lagrange-Verfahren 111
5.6. Randbedingungen 112
5.6.1. Einströmrandbedingungen 112
5.6.2. Wände 112
5.7. Vernetzung 114
5.7.1. Linien: Grading 115
5.7.2. Flächen 116
5.7.3. Volumen 116
5.7.4. Boundary Layers 116
5.7.5. Grid Interfaces 116
5.8. Mathematisches Verteilermodell 116
5.8.1. Geometrie 116
5.8.2. Gleichungen 117
5.8.3. Randbedingungen 117
5.8.4. Gitter 118
5.8.5. Veränderlicher Füllstand 118
5.9. Mathematisches Stranggussmodell 121
5.9.1. Erstarrung 121
5.9.2. Geometrie 122
5.9.3. Gleichungen 124
5.9.4. Randbedingungen 124
5.9.5. Gitter Strang 126
5.9.6. Gitter Wassermodell 126
5.9.7. Modellierung der Ablagerungen an den Gießrohrwänden 128
5.9.8. Konvergenzverhalten 130
5.9.9. Numerische Auswertungen der Einschlussverteilung 131
6. Experimentelle Methoden 136
6.1. Anlagenmessungen 136
6.1.1. Strömungsmessungen 136
6.1.2. Ultraschall-Lokalisierung von Einschlüssen 136
6.1.3. Bestimmung der Legierungsanteile (Analysenverläufe) 136
6.2. Wassennodell l37
6.2.1. Geometrische Ähnlichkeit 137
6.2.2. Reynolds-Ähnlichkeit l37
6.2.3. Froude-Ähnlichkeit 138
6.2.4. Partikel-Ähnlichkeit 139
6.2.5. Modellgeometrien Verteiler 140
6.2.6. Modellgeometrie Strang 141
6.3. Farbversuche 142
6.4. Partikelversuche l43
6.4.1. Partikel l44
6.4.2. Messverfahren 146
6.5. Particle Image Velocimetry (PIV) 147
6.5.1. Grundlagen der PIV-Messung 147
6.5.2. Auswertungen 149
6.5.3. Spezifikation des verwendeten PIV Systems 150
6.5.4. Erweiterung für Messungen an freien Flüssigkeitsoberfiächen 150
6.5.5. Anwendungen 151
6.6. Erstarrungsmodell 152
7. Ergebnisse Verteiler 155
7.1. Strömung 155
7.1.1. Ebene xO (Schattenrohr) 156
7.1.2. Ebene x20 163
7.1.3. Ebene x50 166
7.1.4. Ebene yO (Schattenrohr) 171
7.1.5. Ebene y7 173
7.1.6. Ebene yl4 173
7.2. Einschlussverhalten stationär 178
7.2.1. Standardgeometrie 178
7.2.2. Pralltopf 178
7.2.3. Nichtgeostrophe Konturen 180
7.3. Optimierung des stationären Einschlussverhaltens 181
7.3.1. Idealisiertes paralleles Einströmen 181
7.3.2. Parallelströmungen durch Umlenkungen 183
7.3.3. Parallelströmung durch Lochplatten 184
7.3.4. Minimierter Wandkontakt 186
7.4. Einschlussverhalten instationär 187
7.4.1. Farbversuche (Verweilzeitkurven) 188
7.4.2. Verweilzeitkurven und Abscheidung 190
7.4.3. Einschlüsse 192
7.4.4. Pfannenwechsel 193
8. Ergebnisse Strang Wassermodell 199
8.1. Gießrohr unverdreht Typ Dach 200
8.1.1. Mittelebene (Ebene xm) 200
8.1.2. Badspiegel (Ebene bsp) 211
8.2. Gießrohr unverdreht Typ Box 211
8.2.1. Gießrohrinneres (Ebene zm) 211
8.2.2. Mittelebene (Ebene xm) 213
8.2.3. Badspiegel (Ebene bsp) 215
8.3. Gießrohr verdreht Typ Dach 218
8.4. Gießrohr verdreht Typ Box 225
9. Ergebnisse Strang 229
9.1. Strömung im oberen Strangbereich 229
9.1.1. Unverdrehtes Gießrohr Typ Dach 229
9.1.2. Verdrehtes Gießrohr Typ Dach 236
9.2. Strömung im unteren Strangbereich 238
9.2.1. Unverdrehtes und verdrehtes Gießrohr 238
9.2.2. Asymmetrische Strömungen beim verdrehten Gießrohr 242
9.3. Einschlussverteilung bei stationärer Zugabe 242
9.3.1. Unverdrehtes Gießrohr 245
9.3.2. Verdrehtes Gießrohr 245
9.3.3. Asymmetrische Strömungen beim verdrehten Gießrohr 247
9.3.4. Parametervariationen beim verdrehten Gießrohr 250
9.4. Einschlussverteilung bei instationärer Zugabe 252
9.4.1. Impulsartige Zugabe im Gießrohr 252
9.4.2. Pfannenwechsel 255
10. Zusammenfassung 258
10.1. Verteiler 258
10.2. Strang 260
11. Literaturverzeichnis 262
A Anhang 267
AI. Verwendete Symbole und Abkürzungen 267
ALI. Lateinische Buchstaben 267
A1.2. Griechische Buchstaben 269
AI.3. Indizes und hochgestellte Symbole 269
A1.4. Abkürzungen 270
A2. Frequenzanalyse mit DFT 271
A3. Euler'sche Implementierung für Flueut 272
A3.1. User Defined Scalar Gleichungen 272
A3.2. UDF Sourcecode 272
A4. Implementierung des Erstarrungsmodells in Fluent 275 |
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