1,720,992 research outputs found
Numerical modelling of an induction heating process for packed rods with adjacent airflow
No full textThis paper discusses a modelling approach for a power-to-heat concept of inductively heated rods. The objective is to calculate the power transmission from the inductor to an adjacent airflow via packed rods. Therefore, a coupled electrothermal model including temperature-dependent material properties is developed and applied to the examined concept. Preliminary experimental results are compared with numerical results for models validation at various packing densities of the rod bundle
Vacuum arc remelting time dependent modelling
No full textVacuum arc remelting (VAR) aims at production of high quality, segregation-free alloys. The quality of the produced ingots depends on the operating conditions which could be monitored and analyzed using numerical modelling. The remelting process uniformity is controlled by critical medium scale time variations of the order 1-100 s, which are physically initiated by the droplet detachment and
the large scale arc motion at the top of liquid pool [1,2].
The newly developed numerical modelling tools are addressing the 3-dimensional magnetohydrodynamic and thermal behaviour in the liquid zone and the adjacent ingot, electrode and crucible
Modelization of the Melt Flow and the Meniscus Shape in an Induction Furnace and Test of the Velocity Profile with the UDV Probe
Full text linkThis work is focused on finding the most correct RANS modeling for a typical induction furnace and thecalculated velocity distributions are compared with measurements made by an UltrasonicDoppler Velocimetry probeope
AC & DC magnetic levitation and semi-levitation modelling
No full textThis work presents computation analysis of levitated liquid thermal and flow fields with free surface oscillations in AC and DC magnetic fields. The volume electromagnetic force distribution is continuously updated with the shape and position change. The oscillation frequency spectra are analysed for droplets levitation against gravity in AC and DC magnetic fields at various combinations. For larger volume liquid metal confinement and melting the semi-levitation induction skull melting process is simulated with the same numerical model. Applications are aimed at pure electromagnetic material processing techniques and the material properties measurements in uncontaminated conditions
Numerical investigation of an inhomogeneous conduction heating process for forging parts
Full text linkSimulazione numerica sul riscaldamento non omogeneo di parti metalliche da forgiare. Tramite l'applicazione della conduzione elettrica si ricercano le configurazioni migliori di parametri geometrici ed elettrici. E'spiegata la creazione del codice sviluppato tramite fem Ansys. Sono analizzati i risultati delle simulazioni al fine di soddisfare i requisiti e poter confrontare il processo con il riscaldamento tramite induzioneope
Steel Billet Through Heating: Experimental Validation of Numerical Model EM-TH Coupled
No full textRicreare tramite modello numerico il sistema carica-induttore-refrattario di un riscaldamento a induzione che viene utilizzato nei processi di forgiaturaope
Numerical investigation of the use of externally generated Lorentz forces to improve the flow pattern in a continuous glass-melting tank
Full text linkDas elektromagnetische Boosting (EMB) ist ein neuer und innovativer Lösungsansatz zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse in den kontinuierlich arbeitenden Glasschmelzwannen mit einer elektrischen Zusatzbeheizung. Das EMB basiert auf der Benutzung von extern induzierten Lorentzkräften, die entgegen der Hauptströmungsrichtung in der Schmelzwanne gerichtet sind. Die Generierung dieser zusätzlichen Lorentzkräfte erfolgt durch die Überlagerung eines externen Magnetfeldes mit der in der Glasschmelze fließenden elektrischen Ströme. Das externe Magnetfeld wird von zusätzlichen Magnetspulen generiert. Diese werden unterhalb des Wannenbodens zwischen den Elektroden der Zusatzbeheizung installiert. Dadurch wird ein steuerbarer elektromagnetischer Wall in der Glasschmelze zwischen den Elektroden realisiert. Dieser verhindert die unerwünschte Strömung der kälteren, bodennahen Glasschmelze zum Wannenauslass. Als Ergebnis wird die minimale Verweilzeit (MRT) der Glasschmelze in der Wanne erhöht und somit die Verweilzeitverteilung (RTD) verbessert. Als Ergebnis wird die Glasqualität erhöht. In dieser Dissertation wird das EMB in einer Glasschmelzwanne numerisch untersucht und somit die Grundlage für eine industrielle Anwendung gelegt. Die stark temperaturabhängigen Materialeigenschaften von Glas erfordern gekoppelte Berechnungen von Elektro-, Thermo- und Hydrodynamik, die zu hochkomplexen, dreidimensionalen, numerischen Simulationen der Problemstellung führen. Die Simulationen werden für eine reale industrielle Glasschmelzwanne unter Annahme einiger Vereinfachungen durchgeführt. Die Randbedingungen sind so definiert, dass die realen Betriebsverhältnisse der Wanne simuliert werden können. Für das EMB wird ein zusätzliches Spulensystem angepasst. Die Simulationen zeigen, dass es im Prinzip möglich ist, einen steuerbaren elektromagnetischen Wall im Boostingbereich zu erzeugen. Um die optimale Wirkung des EMB zu erzielen, sind Parameterstudien durchgeführt worden. Mit diesen Simulationen wird erstmals das dynamische Betriebsverhalten einer Glasschmelzwanne mit EMB untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die gewünschte wesentliche Erhöhung von MRT und die damit verbundene Verbesserung von RTD mit Hilfe des EMB erzielbar sind, wodurch die Qualität des Endproduktes erhöht wird. Des Weiteren kann mit Hilfe des EMB die Glasqualität verbessert und gleichzeitig der Durchsatz der Wanne erhöht werden. Unter normalen Betriebsverhältnissen ohne das EMB ist dies nicht möglich. Diese theoretischen Untersuchungen bilden den ersten Schritt, das EMB in der Praxis zu testen und einzusetzen, um neuartige Glasschmelzwannen mit höherem Wirkungsgrad und verbesserter Qualität des Glasproduktes in der Industrie einzuführen.Electromagnetic boosting (EMB) is a new and innovative approach for improving the flow patterns within electrically boosted continuous glass-melting tanks. EMB is basically achieved by electromagnetic (Lorentz) forces that are orientated against the main flow direction of the glass melt in the tank. The additional Lorentz forces are produced within the glass melt by an externally generated magnetic field interacting with the electric currents that exist within the glass melt. For the process, additional magnet coils are placed underneath the tank bottom and positioned between heating electrodes. Thus, a controllable electromagnetic wall is created in the boosting area to impede the flow of the colder, less well-melted bottom glass through the gaps between the electrodes towards the tank-outlet. The desired EMB effect is an increase in the minimum residence time (MRT) of the glass melt within the tank and consequent improving of the residence time distribution (RTD), with enhanced glass quality as the ultimate result. Using numerical tools, the author of this thesis has realized and evaluated the EMB in a continuous glass-melting tank, laying the foundation necessary for the idea to be converted into an effective industrial process. As the physical properties of glass are strongly temperature-dependent, the numerical simulation involves calculation of the coupled electrodynamic, thermodynamic, and hydrodynamic effects. The investigation thus largely consists in a highly complex coupled three-dimensional mathematical problem. The simulations are performed for a particular industrial-scale continuous glass-melting tank which is represented in academic form. The boundary conditions are so defined as to simulate the realistic conditions of the particular tank. An external magnet coils system which would produce EMB in the particular tank is incorporated into the calculations. The simulations show that it is basically possible to create an electromagnetic wall within the glass melt between the heating electrodes. Parameter analyses for optimization of the EMB effect are also presented. The simulation results make it possible, for the first time, to analyze the dynamic behavior of an electromagnetically boosted continuous glass-melting tank in operation. They also reveal that EMB affects the glass melt flow within the tank favorably, increasing the MRT substantially and thus enhancing the glass quality. Moreover, the tank simulations with EMB show that it is possible to increase the tank productivity and enhance the glass quality simultaneously, which is not possible in the ordinary tank operation case without EMB. Through the author’s work, the first step, always the most important, has been taken en route to a sophisticated glass-melting tank characterized by high efficiency and high production quality
Optimization of Pulsed Magnetic Field Application for Electromagnetic Stirring during the Continuous Casting
Full text linkQuesto lavoro di tesi, svolto presso l'ETP di Hannover, propone l'applicazione di un campo magnetico pulsato (PMF) per ottimizzare il processo di stirring elettromagnetico durante la colata continua dei metalli. Prove sperimentali e di simulazione sono state eseguite in parallelo, misurando la velocità dei vortici generati nel metallo liquido, a seguito dell'applicazione del campo citato. Si è ottenuto un effetto di risonanza, quindi miglior mescolamento con il PMF.ope
Experimentelle Untersuchungen zur Kalibrierung von Lorentzkraft- Anemometern für die Durchflussmessung in Flüssigmetallströmungen bei metallurgischen Hochtemperaturprozessen
Full text linkThis work is dedicated to experimental investigations for the
calibration of a Lorentz forceflowmeter in liquid metal flows. A Lorentz
force flowmeter is an electromagnetic Flowmeterwhich is developed at
Ilmenau University of technology.Using this device volume flux can be
measured in hot and aggressive media such as liquidmetal flows. A Lorentz
force flowmeter is consisting of a magnet system attached to a forcesensor.
The produced force due to the interaction of the magnetic field with the
liquid metalflow is proportional to the metered flow. Besides other
properties such as the magnetic fluxdensity of the magnet system and the
electrical conductivity of the media are influencing themeasurement result.
Therefore a calibration of the Lorentz force flowmeter is necessary.First
tests in industry showed, that the so called dry calibration, where the
liquid metal flow ina launder is modeled by solid bodies with fixed width
and different heights, has to becompleted by a wet calibration. One
hypothesis is that results of dry calibration can betransferred to results
of wet calibration, if one master Lorentz force flowmeter of the series
iscalibrated with wet and dry calibration. To calibrate this device two
experimental facilitieswere planned, set up and instrumented. Using the so
called dry calibration basic influenceson the measured force of a Lorentz
force flowmeter can be investigated. During the so calleddry calibration
the metered flow is varied by the velocity of the bars and by using
different barheights. The dry calibration set up was enhanced and improved.
A new dry calibration set upwas planned and build up based on the next
generation of Lorentz force flowmeters. Theflow velocity is influencing the
produced force linearly, whereas the height of the flow volumeinfluences
the force nonlinear, with a cubic trend. Forces up to 4.5N could be
measured. Theelectrical conductivity of the media is direct proportional to
the force.For the so called wet calibration an experimental set up called
LiTinCa is planned, build upand instrumented. For this set up pure tin at
temperatures between 240°C and 380°C isused. Due to open channel flow in
this facility the flow velocity cannot be separated from theheight of
liquid metal. Therefore the mass flux is investigated. First results are
showing alinear coherence between mass flux and produced force. Here forces
up to 2,5N can beobserved. Comparing the results of dry calibration and wet
calibration some conclusions andsuggestions for improvements are given. The
measurements are showing trends whichsupport the hypothesis that dry
calibration results can be transferred to wet calibrationresults. For an
ultimate decision further investigation with respect to the suggestions
forimprovements should be carried out. Furthermore Tintelo, a closed loop
facility with tin attemperatures of 400°C for basic research in
magnetohydrodynamics was planned and setup. In comparison to LiTinCa
investigations of Lorentz force flowmeter in continuous flowregimes can be
carried out. Thus longer measuring cycles are possible. Due to limited
timeno additional measurements using this set up could be done.Die Arbeit beschäftigt sich mit experimentellen Untersuchungen zur
Kalibrierung vonLorentzkraft-Anemometern in Flüssigmetallströmungen. Ein
Lorentzkraft-Anemometer ist einelektromagnetisches Durchflussmessgerät,
das an der TU Ilmenau entwickelt wird. Mitdiesem Gerät ist es möglich,
berührungsfrei Durchflüsse in heißen und aggressiven Medien,wie
Flüssigmetallschmelzen zu messen. Ein Lorentzkraft-Anemometer besteht aus
einemMagnetsystem, das mit einem Kraftsensor gekoppelt ist. Die durch die
Wechselwirkung desMagnetfeldes mit der strömenden Metallschmelze
entstehende Kraft ist proportional zumDurchfluss. Daneben beeinflussen aber
noch zahlreiche andere Faktoren, wie diemagnetische Flussdichte des
Magnetsystems oder die elektrische Leitfähigkeit derSchmelze, das
Messergebnis. Deshalb ist eine Kalibrierung des Systems notwendig.
ErsteTestmessungen in der Industrie zeigten, dass die trockene
Kalibrierung, bei der dieSchmelze in einer Gießrinne durch Festkörper mit
festgelegter Breite und verschiedenenHöhen modelliert wird, um eine nasse
Kalibrierung ergänzt werden muss. Eine Hypotheseist, dass die Ergebnisse
der trockenen Kalibrierung in die Ergebnisse der nassenKalibrierung
überführt werden können, wenn ein einziges Lorentzkraft-Anemometer
dergleichen Charge mit trockener und nasser Kalibrierung untersucht wird.
Für die Kalibrierungdes Gerätes wurden zwei Versuchsanlagen geplant,
aufgebaut und instrumentiert. Mit Hilfeder sogenannten trockenen
Kalibrierung können grundlegende Einflussfaktoren auf diegemessene Kraft
des Lorentzkraft-Anemometers untersucht werden. Der Versuchsaufbauder
trockenen Kalibrierung wurde weiterentwickelt und verbessert. Für die
nächsteGeneration von Lorentzkraft-Anemometern wurde die Anlage neu
konstruiert und aufgebaut.Der Durchfluss wird bei dieser Methode durch
Variation der Geschwindigkeit derProbekörper und durch verschiedene Höhen
der Probekörper verändert. Damit ergibt sicheine Abhängigkeit der
Lorentzkraft von der Strömungsgeschwindigkeit und von der Höhe
desdurchströmten Volumens. Es stellt sich eine lineare Abhängigkeit der
Kraft von derStrömungsgeschwindigkeit ein. Es werden Kraftwerte bis 4,5N
gemessen. Die Höhe desdurchströmten Volumens zeigt eine nichtlineare,
kubische Abhängigkeit. Die elektrischeLeitfähigkeit ist direkt
proportional zur erzeugten Kraft.Für die sogenannte nasse Kalibrierung
wurde die Versuchsanlage LiTinCa geplant,aufgebaut und instrumentiert.
Diese Anlage arbeitet mit Reinzinn bei Temperaturen zwischen240°C und
380°C. In dieser Anlage können Strömungsgeschwindigkeit und die Höhe
desdurchströmten Volumens aufgrund der vorherrschenden Gerinneströmung
nicht getrenntbetrachtet werden. Es wird deshalb der Massenstrom für die
Betrachtungen herangezogen.Erste Ergebnisse zeigen eine lineare
Abhängigkeit zwischen Kraft und Massenstrom. Es werden Kraftwerte bis 2,5N
verzeichnet. Die Ergebnisse der trockenen Kalibrierung und der nassen
Kalibrierung werden verglichen und daraus Schlussfolgerungen
und Verbesserungsvorschläge erarbeitet.Es können bereits tendenzielle
Übereinstimmungen festgestellt werden, die die Hypothese einer
Überführbarkeit der Ergebnisse unterstützen. Um aber eine endgültige
Aussage über die Überführbarkeit der trockenen in nasse Kalibrierung
treffen zu können, sollten weitere Untersuchungen unter Berücksichtigung
der Verbesserungsvorschläge angestellt werden.Weiterhin wurde die
Grundlagenforschschungsanlage Tintelo geplant und aufgebaut. Hier wird Zinn
bei 400°C in einem geschlossenen Ringkanal verwendet. An der
horizontalen Testsektion der Anlage können, im Gegensatz zu LiTinCa,
Untersuchungen an Lorentzkraft-Anemometer mit kontinuierlicher
Flüssigmetallströmung durchgeführt werden. Dadurch werden Kalibrierungen
mit längeren Messzeiten möglich. Aus Zeitgründen konnten hier noch keine
Messungen erfolgen
Numerical simulation of Lorentz Force Velocimetry in two-phase magnetohydrodynamic flow
Full text linkLorentz Force Velocimetry (LFV) is a non-contact electromagnetic flow measurement technique to measure the flow rate of aggressive or high-temperature molten metal such as steel or aluminum and to give information about the local flow. In this paper, we present an extension of the LFV based on the Lorentz force signals to detect solid particles in a conducting liquid metal. The results are verified by the magnetohydrodynamics Volume Element Method using ANSYS FLUENT and validated by measurements. We are able to use electromagnetic induction in a conducting liquid that moves in an external magnetic field for contactless flow measurement. In Lorentz Force Velocimetry, we determine the induced force on the magnet to obtain velocity information. This measurement principle may also be applied to conducting flows with gas bubbles as are encountered in metallurgical processes. This provides the motivation for our work, in which we study a single bubble/particle rising in a liquid metal column as a model problem for LFV in two-phase flows. By using a small permanent magnet we can not only detect the presence of a bubble/particle but also obtain information on its position and velocity. In this paper, we extend our previous LFV examinations to include a non-conducting particle passing near a cubic permanent magnet by solving the governing Navier-Stokes equations for incompressible flow in a moving reference frame attached to the rising particle. The numerical simulation is solved using a finite volume scheme based on the Semi-Implicit Method for Pressure-Lined Equations (SIMPLE) algorithm because of its robustness against high Reynolds number. In addition, the numerical algorithm is further extended to simulate a single bubble rising in liquid metal. Our numerical investigation aims at reproducing experiments with Argon bubbles in GaInSn alloy and studying the electromagnetic induction in the flow in more detail. For the three-dimensional and phase-resolving simulations we use the Volume of Fluid method provided by ANSYS FLUENT. The induction equation in the quasi-static limit is an elliptic problem for the electric potential. The electric potential equation coupled with the Navier-Stokes equations are solved in FLUENT with a user-defined scalar. The electric conductivity varies between the phases, and the magnetic field is given by an analytical expression for a uniformly magnetized cube. The numerical simulations are validated by comparing the experiments and illustrate the model’s capability in predicting the interaction dynamics of rising bubble/particle in LFV.Die Lorentzkraft-Anemometrie (LKA) ist eine berührungslose elektromagnetische Durchflussmesstechnik, mit der die Durchflussrate von aggressivem oder bei hohen Temperaturen geschmolzenem Metall, wie Stahl oder Aluminium, gemessen und Informationen über den lokalen Durchfluss gegeben werden. In dieser Arbeit wurde eine Erweiterung der LKA, basierend auf den Lorentzkraftsignalen, numerisch untersucht, um Partikel in einem leitenden flüssigen Metall zu erkennen. Die Ergebnisse werden durch das Magnetohydrodynamik-Finite-Volumen-Verfahren mit ANSYS FLUENT verifiziert und durch Messungen validiert. Die elektromagnetische Induktion in einer leitenden Flüssigkeit, die sich in einem äußeren Magnetfeld bewegt, wird zur berührungslosen Durchflussmessung verwendet. In der LKA bestimmt man die auf den Magneten wirkende Kraft, um die Geschwindigkeitsinformation zu erhalten. Dieses Messprinzip kann auch auf die Durchführung von Strömungen mit Gasblasen angewendet werden, wie sie bei metallurgischen Prozessen auftreten. Das Ziel dieser Arbeit ist, den Einfluss von einzelnen Blasen/Partikeln auf die Lorentzkraft in zweiphasigen LKA Strömungen zu untersuchen. Durch die Verwendung eines Permanentmagnets kann man nicht nur das Vorhandensein einer Blase/eines Partikels erkennen, sondern auch Informationen über seine Position und Geschwindigkeit erhalten. In dieser Arbeit wird mit Hilfe der Navier-Stokes-Gleichungen für inkompressible Strömungen ein elektrisch nicht leitendes, aufsteigendes Partikel in der Nähe eines kubischen Permanentmagneten im Flüssigmetall simuliert. Die numerische Simulation wird unter Verwendung einer Finite-Volumen-Methode, basierend auf dem SIMPLE-Algorithmus (Semi-Implicit Method for Pressure-Lined Equations), aufgrund seiner Robustheit gegen hohe Reynolds-Zahlen gelöst. Darüber hinaus wird der numerische Algorithmus erweitert, um das Ansteigen einzelner Blasen in flüssigem Metall zu simulieren. Das Ziel dieser Untersuchung ist, Experimente mit Argonblasen in einer GaInSn-Legierung zu reproduzieren und die elektromagnetische Induktion in der Strömung genauer zu betrachten. Für die dreidimensionalen und phasenauflösenden Simulationen wird die von ANSYS FLUENT bereitgestellte Volume-of-Fluid-Methode verwendet. Die Potentialgleichung in der quasistatischen Grenze ist ein elliptisches Problem für das elektrische Potential. Die Gleichung für das elektrische Potential, gekoppelt mit den Navier-Stokes-Gleichungen, wird in FLUENT mit einem benutzerdefinierten Skalar gelöst. Die elektrische Leitfähigkeit variiert zwischen den Phasen und das Magnetfeld wird durch einen analytischen Ausdruck für einen Permanentmagneten angegeben. Die numerischen Simulationen werden durch Vergleich mit den Experimenten validiert und zeigen die Fähigkeit des Modells zur Vorhersage der Interaktionsdynamik aufsteigender Blasen/Partikel in der LKA
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