Numerical simulation of metal materials quenching by applying Eulerian two-fluid model

disertacija

• Naslov (hrvatski): Numerička simulacija gašenja metalnih materijala primjenom Eulerova dvofluidnoga modela
• Autor: Alen Cukrov
• Mentor: Ivanka Boras (mentor)
• Član povjerenstva: Željko Tuković (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Yohei Sato https://orcid.org/0000-0001-5313-5767 (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Bojan Ničeno (član povjerenstva); VIAF: 282070885
• Član povjerenstva: Darko Landek (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Severino Krizmanić (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet strojarstva i brodogradnje; Zagreb
• Datum i država obrane: 2023-02-10, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Strojarstvo
• Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC): 53 - Fizika ; 51 - Matematika

Sažetak

A novel approach for the solution of mass transfer within the framework of the multi-fluid model supplemented with the Volume of Fluid (VOF) method, i.e. two-fluid VOF, is presented in this thesis. The governing equation set is comprised of mass, momentum, and energy conservation equations, written on a per-phase basis and supplemented with closure models via the source terms. In our method, the heat and mass transfer are calculated from the heat transfer coefficient, which has a fictitious function and depends on the local cell size and the thermal conductivity, and the implementation is straightforward because the local value is used instead of a global parameter. The interface's sharpness is ensured by the application of the geometrical reconstruction scheme implemented in VOF. The model is verified for three types of computational meshes, including triangular cells, and good agreement was obtained for the interface position and the temperature field. The straightforward application to the engineering problem of film boiling around a cylinder specimen has been carried out by supplementing the model with the prescribed turbulent kinetic energy value and, later on, in the application section, mesh motion.

Sažetak (hrvatski)

Novi pristup za rješavanje prijenosa mase unutar okvira višefluidnoga modela potpomognutog metodom volumnog udjela fluida (engl. Volume-of-fluid, VOF), tj., dvofluidnoga VOF modela, je predstavljen u ovom radu. Skup jednadžbi održanja je sastavljen od zakona očuvanja mase, količine gibanja i energije, zapisan za svaku od faza i nadopunjen dopunskim relacijama putem izvorskih članova. U predloženoj metodi, prijenos topline i mase je računat na temelju koeficijenta prijelaza topline, koji ima fiktivnu ulogu te ovisi o lokalnoj veličini ćelije i toplinskoj provodnosti, te čija je implementacija jednostrana uslijed korištenja lokalnih vrijednosti umjesto globalnog parametra. Glatkoća, tj. oštrina granice faza je osigurana primjenom sheme geometrijske rekonstrukcije (engl. geometrical reconstruction scheme) ugrađene u VOF metodu. Model jer verificiran za tri tipa računalne (numeričke) mreže uključujući pritom i trokutne kontrolne volumene, te je postignuto zadovoljavajuće slaganje položaja granice faza i temperaturnog polja. Jednostrana primjena na inženjerski problem filmskog isparivanja oko cilindričnog uzorka jer provedena nadopunjujući model s unaprijed zadanom vrijednošću kinetičke energije turbulencije te, kasnije, u odjeljku s primjenom metode, gibajućom mrežom.

• Ključne riječi: quenching; Stefan problem; two-fluid VOF; locally imposed closures; boiling flow; mesh versatility; frozen turbulence
• Ključne riječi (hrvatski): gašenje uranjanjem; Štefanov problem; dvofluidni VOF model; lokalno narinute dopunske relacije; strujanje s isparivanjem; versatilnost numeričke mreže; zamrznuta turbulecija
• Jezik: engleski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:117642
• Studijski program: Naziv: Strojarstvo i brodogradnja; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: poslijediplomski doktorski; Akademski / stručni naziv: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (dr.sc.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2023-02-17 13:52:52