A Study on the Two-Dimensional Phase Change Problem in a Rectangular Mold with Air-Gap Resistance to Heat Flow

공기층 저항을 고려한 사각형 주형내에서의 2차원 상변화문제에 관한 연구

The solidification rate is of special importance in determining the casting structures and properties. The heat transfer characteristics at the interface between the mold and the casting is one of the major factors that control the solidification rate. The thermal resistance exists due to the air-gap formation at the mold/casting interface during the freezing process. In this study two-dimensional Stefan problem with air-gap resistance in the rectangular mold is considered and the heat transfer characteristics is numerically examined by using the enthalpy method. The effects of the major parameters, such as mold geometry, thermal conductivity, heat transfer coefficient, and initial temperature of casting, on the thermal characteristics are investigated.

본 연구에서는 1차원 상변화문제를 확장하여 사각형 주형내에서의 접촉열저항 을 고려한 2차원 상변화문제를 해석하고자 한다.즉 고상/액상 경계면인 상변화면을 추적하기 위하여 온도수식법(temperature formulation method)을 적용시 나타나는 복 잡성을 극복하기 위하여 제시된 엔탈피법을 이용하여 순수물질의 경우 뿐만 아니라 2상영역이 존재하는 합금에서의 온도분포, 상변화면의 이동속도 및 총응고에 소요되는 시간등의 열적특성을 해석하며, 또한 이러한 열적특성에 영향을 미치는 매개변수를 도출하고자 주형의 형상, 주형 외벽에서의 열전달계수, 접촉 열전달계수, 주형의 열전 도계수 및 주물의 초기온도등의 변화에 따른 효과를 고찰한다.