Bepaling van het snelheidsveld in een horizontale gietvorm met Particle Image Velocimetry en Computational Fluid Dynamics

Abstract

In stromingsexperimenten met vloeibaar aluminium is de bepaling van het snelheidsveld niet mogelijk. In dit onderzoek wordt gebruik gemaakt van een visualisatietechniek, Particle Image Velocimetry (PIV), en numerieke simulaties met het CFD-pakket FLOW-3D voor het kwantitatief bepalen van het snelheidsveld tijdens het vullen van een horizontale, dunwandige gietvorm. Voor de PIV-experimenten wordt het gietproces gesimuleerd met water, waarmee een perspex model van de gietvorm onder vergelijkbare stromingscondities wordt gevuld. Met behulp van een interrogatiemethode wordt de verplaatsing van de met het water meegevoerde deeltjes berekend. Er zijn experimenten uitgevoerd voor twee uitvoeringen van het gietsysteem met zowel fotografische als digitale registratie. De betrouwbaarheid en nauwkeurigheid van de PIV-data wordt beoordeeld met criteria voor een optimale PIV-analyse, die door Adrian (1991) en Westerweel (1993) zijn gedefinieerd. De gemeten snelheidsfluctuaties treden op bij de overgang van het aansnijsysteem naar de gietholte en in de bocht van de gietvorm. De vorm en de verplaatsing van het vrije oppervlak bevestigt de aanwezigheid van een snelheidsprofiel over de breedte van de vorm. Er zijn simulaties verricht in FLOW-3D voor de uitvoeringen van het aansnijsysteem met een constante snelheid in de choke, waarin het snelheidsprofiel over de breedte van de vorm kwantitatieve overeenkomst vertoont met de resultaten van de experimenten. Voor het beschrijven van de vloeistofstroming is in de simulaties gebruik gemaakt van het Mixing Length Model van Prandtl. De combinatie van experimentele snelheidsmetingen met Particle Image Velocimetry en numerieke simulaties in FLOW-3D maakt een kwantitatieve bepaling van het snelheidsveld en het lokaliseren van snelheidsfluctuaties in de gietvorm mogelijk tijdens het gietproces in een horizontale, dunwandige gietvorm.