It is important to develop more efficient and productive casting processes for an automated high precision molten-metal casting system. Detailed analysis of molten-metal flow in the casting process by the numerical approach will help to optimize the control of a ladle. In this study, the smoothed particle hydrodynamics method was applied to analyze casting flow characteristics with different tilting angular speed and initial molten-metal level. The smoothed particle hydrodynamics technique has advantages to easily handle non-linear free surface behavior with the absence of a computational mesh. We found that tilting angular speed has relatively greater effect on the casting flowrate and that the effect of the initial molten-metal level is only minor. Further extensive study will be necessary to find an optimal condition for high efficient casting system.
Kim, Chang-Eob;Jeon, Mun-Ho;Kwon, Jeong-Tae;Lim, Hyo-Jae;Lee, Suk-Won
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제5권2호
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pp.270-275
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2010
An electromagnetic pump using a tubular induction motor (TLIM) has been proposed to pump liquid metal fluids. TLIM has been designed for liquid metal flow systems with a motor with a thrust force of 40~77[N]. The flow characteristics have been investigated by solving the Navier-Stokes equation, where the Lorentz force was included simply by considering it as a constant in the Navier-Stokes equation. A wood metal was chosen to simulate the liquid metal. The effect of Lorentz force on the flow rate was investigated. An experiment was conducted and its results were compared with those of the simulation. The simulation result showed an overestimation of about 17% compared with the experimental one.
The hear transfer mechanism initiating the friction welding is examined and a transient three dimensional heat conduc-tion model for the welding of two dissimilar cylindrical metal bars is investigated. The cylindrical metal bars are made of materials made of A2024 and SM 45C. Numerical simulations of heat flow are performed using the finite volume method. Respectively. Commercial FLUENT code is used in the heat flow simulation and maximum temperature and distribution of temperature are calculated. Temperature of friction welded joining face is compared with the temperature distribution measured by experiment and numerical simulation. The maximum temperature of friction welded joining face is lower than melting point of A2024-T6 aluminum alloy using insert metal. The temperature distribution of friction welded join- ing face with insert metal is more uniform than that of without inset metal.
In order to measure non-intrusively velocity profile in liquid metal flow, a modified electromagnetic flowmeter was designed, which was based on electromagnetic tomography technique. Under the assumption that flow is fully-developed, axisymmetric and rectilinear, the velocity profile was reconstructed after the flowmeter equation, the first kind of Fredholm integration equation, was linearized. In reconstruction process Tikhonov regularization method with regularization parameter was used. The reconstructed velocity profile had the nearly same as turbulent flow profile which was approximately represented as log law. In addition, flowmeter output fur a fixed magnet rotation angle was linearly proportional to flow rate. When magnet rotation angle was 54$^{\circ}$, axisymmetric weight function was nearly uniform so that the flowmeter gives a constant signal for any fully-developed, axisymmetric and rectilinear profile with a constant flow rate.
In order to measure non-intrusively velocity profile in liquid metal flow, a modified electromagnetic flowmeter was designed, which was based on electromagnetic tomography technique. Under the assumption that flow is fully-developed, axisymmetric and rectilinear, the velocity profile was reconstructed after the flowmeter equation, the first kind of Fredholm integration equation, was linearized. In reconstruction process Tikhonov regularization method with regularization parameter was used. The reconstructed velocity profile had the nearly same as turbulent flow profile which was approximately represented as log law. In addition, flowmeter output for a fixed magnet rotation angle was linearly proportional to flow rate. When magnet rotation angle was $54^{\circ}$, axisymmetric weight function was nearly uniform so that the flowmeter gives a constant signal for any fully-developed, axisymmetric and rectilinear profile with a constant flow rate.
The characteristics of the flow and energy conversion in OMACON liquid-metal MHD system are investigated. Numerical simulation of two-phase flow in the OMACON system without magnetic field was carried out by the Phoenics code and the energy conversion characteristics are studied in association with the fact that the mechanical energy loss at the nozzle of the OMACON system are to be converted into electrical energy. In this system, working fluid (gas) is injected through the mixer located at the bottom of the riser, and is mixed with hot liquid metal. Therefore in the riser two-phase flow is developed under the influence of the gravity. In this study, the interaction between the gas and liquid is considered by the use of IPSA(InterPhase Slip Algorithm) where standard drag coefficient has been used. It has been assumed that in the flow regime the liquid is continuous and the gas is dispersed. For the liquid and gas, the continuity equations, momentum equations and energy equations are solved respectively in association with void fraction in the flow field. In order to calculate the energy conversion efficiency, firstly the ratio of the mechanical energy loss of liquid metal flow at the nozzle to the input thermal energy is considered. Secondly flow pattern of liquid metal in the generator has been analyzed, and the characteristics of the conversion of the mechanical energy into the electrical energy has been investigated. For an representative case where Hartmann number is 540 and magnetic field is 0.35 T, the present analysis shows that the energy conversion efficiency is 0.653. This result is considered to be reasonable in comparison with published experimental results.
A partial flow blockage in an assembly of a liquid metal reactor could result in a cooling deficiency of the core. To develop a partial blockage detection system, we have studied the changes of the temperature fluctuation characteristics in the upper plenum according to changes of the t10w blockage conditions in an assembly. We analyzed the temperature fluctuation in the upper plenum with the Large Eddy Simulation (LES) turbulence model in the CFX code and evaluated its statistical parameters. Based on the results of the statistical analyses, we developed a neural network model for detecting a partial flow blockage in an assembly. The neural network model can retrieve the size and the location of a flow blockage in an assembly from a change of the root mean square, the standard deviation, and the skewness in the temperature fluctuation data. The neural network model was found to be a possible alternative by which to identify a flow blockage in an assembly of a liquid metal reactor through learning and validating various flow blockage conditions.
Metal pipes are used in a wide range of applications, from plumbing systems of large construction sites to small devices such as medical tools. When a liquid is enforced to flow through a metal pipe, a higher flow rate is beneficial for higher efficiency. Using high pressures can enhance the flow rate yet can be harmful for medical applications. Thus, we consider an optimal geometrical design to increase the flow rate in medical devices. In this study, we focus on cannulas, which are widely used small metal pipes for surgical procedures, such as liposuction. We characterize the internal flow rate driven by a negative pressure and explore its dependence on the key design parameters. We quantitatively analyze the suction characteristics for each design variable by conducting computational fluid dynamics simulations. In addition, we build a suction performance measurement system which enables the translational motion of cannulas with pre-programmed velocity for experimental validation. The inner diameter, section geometry, and hole configuration are the design factors to be evaluated. The effect of the inner diameter dominates over that of section geometry and hole configuration. In addition, the circular tube shape provides the maximum flow rate among the elliptical geometries. Once the flow rate exceeds a critical value, the rate becomes independent of the number and width of the suction holes. Finally, we introduce a slippery liquid-infused nanoporous surface (SLIPS) coating using nanoparticles and hydrophobic lubricants that effectively improves the flow rate and antifouling property of cannulas without altering the geometrical design parameter.
It is important to uniformly supply the fuel gas into the reaction activity area in polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC). Recent studies have shown that the cell performance can be significantly improved by employing metal foam gas distributor as compared with the conventional bipolar plate types. The metal foam gas distributor has been reported to be more efficient to fuel transport. In this study, three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulations have been performed to examine the effects of metal foam flow field design on the fuel supply to the reaction site. Darcy's law is used for the flow in the porous media. By solving additional advection equation for fluid particle trajectory, the gas transport has been visualized and examined for various geometrical configuration of metal foam gas distributor.
In case of hollow cylinder extrusion using porthole die, the effects of extrusion parameters-temperature, the speed of extrusion, the shape of the die and mandrel-on metal flow in porthole die extrusion of aluminum have been investigated. However, there have been few studies about condenser tube extruded by porthole die. Original metal flow of condenser tube by porthole die extrusion is similar to hollow cylinder extrusion but the estimation of metal flow for extrusion parameters is different. For example, variation of chamber length in hollow extrusion only affects the welding pressure, however, the welding chamber length in condenser tube extrusion influences to the welding pressure as well as the deflection of mandrel. This study was designed to evaluate metal flow, welding pressure, extrusion load, tendency of mandrel deflection according to angular variation in the bottom of chamber in porthole die. Estimation was carried out using finite element method in as non-steady state. Analytical results can provide useful information the optimal design of porthole die.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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