دانلود پروژه: شبیه سازی عددی به دام افتادن اکسید فیلم‌های سطحی، هنگام هم زدن مکانیکی آلومینیوم مذاب

	فهرست مطالب
عنوان		صفحه

فصل اول: مقدمه…………………………………………………………………………………… 1

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته…………………………………………. 6

2-1-آخال……………………………………………………………………………………………… 7

2-1-1- تعریف آخال و انواع آن در مذاب آلومینیوم 7

2-1-2- تشکیل اکسید فیلم……………………………………………………… 9

2-1-3- تشکیل عیب اکسید فیلم دو لایه…………………………… 9

2-1-3-1- تلاطم سطحی……………………………………………………………. 10

2-1-3-2- سرعت بحرانی مذاب…………………………………………… 14

2-1-4- مکانیزم ورود هوا به درون مایع…………………… 16

2-1-5- تأثیر هم زدن مذاب بر روی اکسید فیلم‌های دو لایه     18

2-2- هیدرودینامیک هم زدن……………………………………………………. 21

2-2-1- اهداف هم زدن…………………………………………………………….. 21

2-2-2- انواع همزن‌ها…………………………………………………………….. 22

2-2-3- الگوهای جریان در مخازن همزن دار………………. 22

2-2-4- جلوگیری از دوران و ایجاد گرداب سطحی…….. 23

2-2-5- اثر مشخصات هندسی روی ایجاد گرداب سطحی و ورود هوا به سیال…………………………………………………………………………………………………. 25

2-3- دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)………………………………. 27

2-3-1- معادله پیوستگی (بقای جرم)…………………………….. 29

2-3-2- قانون بقای اندازه حرکت…………………………………….. 29

2-3-3- اغتشاش……………………………………………………………………………. 30

عنوان

صفحه

2-3-4- روش‌های عددی مورد استفاده برای مسائل هم زدن 32

2-3-4-1- روش IO……………………………………………………………………. 32

2-3-4-2- مدل نمایش لحظه‌ای…………………………………………… 35

2-3-4-3- روش مش لغزان…………………………………………………….. 38

2-3-4-4- روش قاب مرجع مرکب (MRF)…………………………. 40

2-3-5- دیدگاه‌های مدل سازی چند فازی………………………… 43

2-3-5-1- دیدگاه اولر-لاگرانژ……………………………………… 43

2-3-5-2- دیدگاه اولر- اولر………………………………………… 43

2-3-6- شبیه سازی سطح آزاد مخازن همزن دار…………. 45

2-4- هدف این پژوهش…………………………………………………………………… 52

فصل سوم: روش انجام پژوهش……………………………………………………….. 53

3-1- هندسه و شبکه بندی مسئله………………………………………….. 54

3-2- شرایط مرزی و اولیه………………………………………………………. 58

3-3- روش حل مسئله……………………………………………………………………… 59

فصل چهارم : ارائه نتایج………………………………………………………….. 61

4-1- اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی…………………………………… 62

4-2- بردارهای سرعت…………………………………………………………………… 64

4-3- عدد وبر…………………………………………………………………………………. 67

4-4- نتایج حاصل از شبیه سازی برای موقعیتی که مرکز همزن در ارتفاع z = 95mm قرار دارد (همزن در مرکز مذاب قرار گرفته است)     68

عنوان

صفحه

4-5- نتایج حاصل از شبیه سازی برای موقعیتی که مرکز همزن در ارتفاع z = 145 mm قرار دارد…………………………………………………….. 71

4-6- نتایج حاصل از شبیه سازی برای موقعیتی که مرکز همزن در ارتفاع z = 45 mm قرار دارد………………………………………………………. 74

فصل پنجم: بحث در نتایج…………………………………………………………….. 78

5-1- بررسی تلاطم سطحی و سرعت بحرانی هم زدن…………… 79

5-1-1- بررسی عدد وبر………………………………………………………….. 80

5-1-2- بررسی عدد فرود………………………………………………………… 82

5-2- بررسی مسیر اکسید فیلم‌ها با استفاده از بردارهای سرعت          83

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات………………………………………. 86

6-1- نتیجه­گیری کلی…………………………………………………………………… 87

6-2- پیشنهادات…………………………………………………………………………….. 88

منابع و مراجع…………………………………………………………………………………… 89

پیوست الف: انواع همزن­ها…………………………………………………………. 96

پیوست ب: مدل­های ریاضی و روش حل معادلات ………………….. 101

	فهرست شکل‌ها
عنوان		صفحه

شکل ‏2‑1: نرخ برگشت قطعات بر حسب تعداد آخال‌ها در مذاب آلومینیوم [17]…………………………………………………………………………………………………………… 9

شکل ‏2‑2: شکل‌گیری عیب اکسید فیلم دو لایه [25]………….. 10

شکل ‏2‑3: غوطه‌وری یک قطعه اکسید درون مذاب آلومینیوم [1]         11

شکل ‏2‑4: تعادل نیروها در سطح یک مایع [9]………………….. 13

شکل ‏2‑5: مکانیزم­های به­دام افتادن هوا درون مایع: الف) نوع برشی ب) نوع گردابی ج) نوع سقوط مایع [36]……………………………………. 17

شکل ‏2‑6: تصویر همزن مورد استفاده در تحقیق سوکوماران و همکاران [43] …………………………………… 20

شکل ‏2‑7: شماتیکی از همزن استفاده شده در تحقیق شاشا و همکاران [45]………………………………………………………………………………………………………………….. 21

شکل ‏2‑8: (a  جریان شعاعی (b جریان طولی (c جریان مماسی یا دورانی [50]………………………………………………………………………………………………………… 22

شکل ‏2‑9: تشکیل گرداب و الگوی جریان چرخشی در یک مخزن همزن دار [47]………………………………………………………………………………………………………………….. 23

شکل ‏2‑10: الگوی جریان برای پروانه‌ای که خارج از مرکز قرار گرفته است [51]………………………………………………………………………………………………. 24

شکل ‏2‑11: الگوی جریان در یک مخزن گرداب شکن دار [53]     24

شکل ‏2‑12: الگوهای جریان: (a همزن‌های با جریان محوری یا شعاعی تولید گرداب سطحی می‌کنند. (b همزن خارج از مرکز عمق گرداب را کاهش می‌دهد. (c مخزن گرداب شکن دار با همزن جریان محوری (d مخزن گرداب شکن دار با همزن جریان شعاعی [54]……………………………………………………………… 25

شکل ‏2‑13: نمودار سرعت بحرانی (N_E) بر حسب فاصله همزن از سطح آب (S) برای همزن PBTU با سه نوع سیال و هندسه گرداب شکن مختلف [39].       26

شکل ‏2‑14: الگوی جریان با دو فاصله مختلف همزن از کف مخزن [59]    27

شکل ‏2‑15: پروفیل سرعت متوسط محوری برای موقعیت‌های مختلف همزن نسبت به کف مخزن (r: مختصات شعاعی، T: قطر مخزن، C: فاصله همزن از کف مخزن، U: سرعت محوری و Vtip: سرعت نوک پره همزن) [67] 33

شکل ‏2‑16: بردارهای سرعت در موقعیت‌های مختلف همزن نسبت به کف مخزن [67]………………………………………………………………………………………………………… 34

شکل ‏2‑17: نمودار سرعت محوری بر حسب مختصات دورانی [64]            36

شکل ‏2‑18: نمودار سرعت شعاعی بر حسب مختصات دورانی [64]            36

عنوان

صفحه

شکل ‏2‑19: نمودار سرعت مماسی بر حسب مختصات دورانی [64]            37

شکل ‏2‑20: نمودار انرژی جنبشی اغتشاش بر حسب مختصات دورانی [64]  37

شکل ‏2‑21: پروفیل‌های محوری شبیه سازی شده و آزمایشگاهی (- – o – – : u´/Vtip  آزمایشگاهی;…Δ…: v´/Vtip  آزمایشگاهی; خط توپر: نتایج شبیه سازی) [73]………………………………………………………………………………………………………… 39

شکل ‏2‑22: مقایسه بین نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی برای پروفیل  در چهار صفحه با زاویه های الف) ، ب) °، ج)°، د) ° [74]……………………………………………………………………………………………… 40

شکل ‏2‑23: پروفایل سرعت مماسی w/v_tip در سه صفحه بالای همزن (دایره توخالی:نتایج شبیه سازی، خط: نتایج آزمایشگاهی- α زاویه صفحه عمود با گرداب شکن می‌باشد) [76]……………………………………………………… 41

شکل ‏2‑24: پروفایل سرعت مماسی w/v_tip در صفحه بالای همزن با سه همزن با شکل و اندازه متفاوت (دایره توخالی:نتایج شبیه سازی، خط: نتایج آزمایشگاهی) [76]…………………………………………………………………………… 42

شکل ‏2‑25: پروفیل الف) سرعت محوری V/V_tip ب) سرعت مماسی W/V_tip ج) انرژی جنبشی اغتشاش  (دایره توخالی:نتایج شبیه سازی، خط: نتایج آزمایشگاهی) [59]…………………………………………………………………………… 42

شکل ‏2‑26: پروفیل سرعت مماسی (خط توپر: شبیه سازی، نقاط: آزمایشگاهی) [86]…………………………………………………………………………… 48

شکل ‏2‑27: پروفیل سطح آزاد برای سرعت‌های 139، 194 و 240 دور بر دقیقه (مربع: نتایج آزمایشگاهی، خط پر: نتایج شبیه سازی، خط چین: تئوری) [86]……………………………………………………………………………………….. 48

شکل ‏2‑28: پروفیل سطح آزاد روی دیواره مخزن (خطوط: شبیه سازی، علائم: آزمایشگاهی)……………………………………………………………………………………….. 49

شکل ‏2‑29: مقایسه بین نتایج شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی پروفیل سطح آزاد (Δ آزمایشگاهی، خط نازک: مدل SST، خط کلفت: مدل RST، نقطه چین: تئوری) [95]…………………………………………………………………………… 50

شکل ‏2‑30: مقایسه بین نتایج شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی پروفیل سرعت مماسی (Δ آزمایشگاهی، خط نازک: مدل SST، خط کلفت: مدل RST) [7]………………………………………………………………………………………………………………….. 51

 شکل ‏3‑1: هندسه همزن…………………………………………………………………… 55

شکل ‏3‑2: هندسه کامل مسئله………………………………………………………. 55

شکل ‏3‑3: یک ششم از هندسه…………………………………………………………. 56

شکل ‏3‑4: نمای بالا از شبکه بندی………………………………………….. 57

شکل ‏3‑5: نمای سه بعدی از شبکه بندی………………………………… 58

عنوان

صفحه

شکل ‏4‑1: کانتور کسر حجمی هوا (پروفیل سطح آزاد)…… 62

شکل ‏4‑2: مقایسه نتایج شبیه سازی و نتایج ناگاتا برای پروفیل سطح آزاد (rpm 139)………………………………………………………………………………….. 63

شکل ‏4‑3: بردارهای سرعت بدست آمده از شبیه سازی مخزن مورد مطالعه ناگاتا در این پژوهش……………………………………………………………………. 63

شکل ‏4‑4: بردارهای سرعت بدست آمده توسط ناگاتا [85] 64

شکل ‏4‑5: بردارهای سرعت هنگامی که همزن در مرکز پاتیل قرار دارد (rpm 250)………………………………………………………………………………………………. 65

شکل ‏4‑6: بردارهای سرعت هنگامی که همزن در قسمت پایین پاتیل قرار دارد (rpm 250)……………………………………………………………………………………. 66

شکل ‏4‑7: بردارهای سرعت هنگامی که همزن در قسمت بالای پاتیل قرار دارد (rpm 250)………………………………………………………………………………….. 67

شکل ‏4‑8: نمودار سرعت روی سطح بر حسب فاصله از مرکز پاتیل با سرعت‌های هم زدن متفاوت……………………………………………………………….. 68

شکل ‏4‑9: نمودار مؤلفه سرعت مماسی روی سطح بر حسب فاصله از مرکز پاتیل با سرعت‌های هم زدن متفاوت…………………………………………. 69

شکل ‏4‑10: پروفیل سطح آزاد با سرعت‌های هم زدن متفاوت 70

شکل ‏4‑11: نمودار عدد فرود اصلاح شده بر حسب فاصله از مرکز پاتیل با سرعت‌های هم زدن متفاوت……………………………………………………………….. 70

شکل ‏4‑12: نمودار سرعت روی سطح بر حسب فاصله از مرکز پاتیل با سرعت‌های هم زدن متفاوت……………………………………………………………….. 71

شکل ‏4‑13: نمودار مؤلفه سرعت مماسی روی سطح بر حسب فاصله از مرکز پاتیل با سرعت‌های هم زدن متفاوت…………………………………………. 72

شکل ‏4‑14: پروفیل سطح آزاد با سرعت‌های هم زدن 100، 150 و 200 دور بر دقیقه (نقاط نشان دهنده سلول‌هایی هستند که در آن‌ها کسر حجمی مذاب برابر با 9/0 می‌باشد)…………………………………………………………………. 73

شکل ‏4‑15: پروفیل سطح آزاد با سرعت‌های هم زدن 250 و 300 دور بر دقیقه (نقاط نشان دهنده سلول‌هایی هستند که در آن‌ها کسر حجمی مذاب برابر با 9/0 می‌باشد)…………………………………………………………………. 73

شکل ‏4‑16: نمودار عدد فرود اصلاح شده بر حسب فاصله از مرکز پاتیل با سرعت‌های هم زدن متفاوت……………………………………………………………….. 74

شکل ‏4‑17: نمودار سرعت روی سطح بر حسب فاصله از مرکز پاتیل با سرعت‌های هم زدن متفاوت……………………………………………………………….. 75

عنوان

صفحه

شکل ‏4‑18: نمودار مؤلفه سرعت مماسی روی سطح بر حسب فاصله از مرکز پاتیل با سرعت‌های هم زدن متفاوت…………………………………………. 76

شکل ‏4‑19: پروفیل سطح آزاد با سرعت‌های هم زدن متفاوت (نقاط نشان دهنده سلول‌هایی هستند که در آن‌ها کسر حجمی مذاب برابر با 9/0 می‌باشد)…………………………………………………………………………………………………. 76

شکل ‏4‑20: نمودار عدد فرود اصلاح شده بر حسب فاصله از مرکز پاتیل با سرعت‌های هم زدن متفاوت……………………………………………………………….. 77

	فهرست جداول
عنوان		صفحه

جدول ‏2‑1: میزان انواع آخال‌های موجود در آلومینیوم با خلوص تجاری [13]…………………………………………………………………………………………………………… 8

جدول ‏3‑1: ابعاد هندسه………………………………………………………………… 56

جدول ‏3‑2: خواص سیالات مورد استفاده…………………………………….. 59

جدول ‏4‑1: عدد وبر برای سرعت‌های مختلف……………………………. 68

جدول ‏4‑2: حداکثر سرعت روی سطح با سرعت‌های مختلف همزن     69

جدول ‏4‑3: ماکزیمم عدد فرود اصلاح شده با سرعت‌های مختلف همزن 71

جدول ‏4‑4: حداکثر سرعت روی سطح با سرعت‌های مختلف همزن     72

جدول ‏4‑5: ماکزیمم عدد فرود اصلاح شده با سرعت‌های مختلف همزن 74

جدول ‏4‑6: حداکثر سرعت روی سطح با سرعت‌های مختلف همزن     75

جدول ‏4‑7: ماکزیمم عدد فرود اصلاح شده با سرعت‌های مختلف همزن 77

جدول ‏5‑1: عدد وبر تصحیح شده برای سرعت‌های مختلف…… 81