Solidification Process of a Binary Mixture with Anisotropy of the Mushy Region

머시영역의 비등방성을 고려한 2성분혼합물의 응고과정

This paper deals with the anisotropy of the mushy region during solidification process of a binary mixture. A theoretical model which specifies a permeability tensor in terms of pricipal values is proposed. Also, the governing equations are modified into convenient forms for the numerical analysis with the existing algorithm. Some test computations are performed for soeidification of aqueous ammonium chloride solution contained in a square cavity. Results show that not only the present model is capable of resolving fundamental characteristics of the tranport phenomena, but also the anisotropy significantly affects the interdendritic flow structure, i.e., double-diffusive convection and macrosegregation patterns.

본 연구에서는 2성분혼합물의 응고과정해석에 머시영역의 비등방성을 포함시 킬수 있는 모델을 정립하고 실제계산을 수행하여 비등방성이 천이현상 및 조대편석(m- acrosegregation)에 미치는 영향을 보이고자 한다. 이 과정에서 기본 방정식의 변형 을 통한 수치해석의 효율화에 관해서도 취급할 것이다. 해석대상은 비등방성의 효과 가 잘 나타날 수 있으면서 해석은 용이한 2차원 정사각형용기로 선택하였다. 대상혼 합물은 실용적으로 관심있는 금속 합금과 결정구조가 유사하며 물성치가 비교적 잘 확 립된 염화암모늄수용액(NH$_{4}$C1-H$_{2}$O)이다. 특히 아공정염화암모늄수용액은 부력비(buoyancy factor)가 -1.4정도로서 온도와 농도구배에 의한 부력이 크기는 비슷 하지만 작용방향이 반대이기 때문에 이중확산대류의 전형적인 형태를 고찰하기에 편리 한 물질이다.