شبیه سازی انتقال حرارت در قالب ریخته گری و بررسی تاثیر عایق کاری حفاظتی قاعده قالب بر روند انتقال حرارت و انجماد مذاب

در این پژوهش، فرایند انتقال حرارت و انجماد مذاب در یک قالب کله قندی که به روش ثقلی ریخته گری شده است، شبیه¬سازی شده و تاثیر عایق کاری حفاظتی قاعده باز پایین قالب، که محل تماس مذاب با بیس زیرین است، بر روند انتقال حرارت و انجماد مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا، کلیه روشهای انتقال حرارت از مذاب به سمت بیرون قالب و محیط اطراف شناسایی شده و سپس شرایط مرزی برای کلیه سطوح قالب، مذاب، بیس زیرین و مواد نسوز عایق و مابین آنها بر اساس شرایط مساله تعیین و پارامترهای مربوط به هرکدام تعیین گردیده و کلیه خواص فیزیکی مواد نیز از مراجع مربوطه استخراج شده است. مدل¬سازی و مش¬بندی هندسه مساله در نرم افزار گم¬بیت انجام شده و سپس وارد نرم افزار فلوئنت شده و پس از اعمال شرایط مرزی و تنظیم پارامترهای لازم، مساله در دو حالت حل شده و نتایج حاصل استخراج گردیده است. حالت اول، بدون وجود عایق در قاعده قالب، یعنی حالتی که مذاب در قسمت پایین با بیس زیرین در تماس مستقیم می باشد و در حالت دوم یک لایه عایق نسوز با مساحتی برابر قاعده قالب بین مذاب و بیس حائل شده است. پس از حل مساله در دو حالت مذکور، نتایج مربوط به شار حرارتی سطوح مختلف هندسه و تفاوت فرایندهای انجماد، مورد تحلیل قرار گرفته و مشخص شده است که دفع حرارت از مجموعه قالب و بیس، تقریبا 75 درصد از طریق تشعشع و 25 درصد از طریق جایجایی طبیعی صورت می¬¬- گیرد. همچنین سهم دفع حرارت از طریق بیس تنها 5 درصد می باشد که عایق کاری قاعده قالب این سهم را به 4 درصد کاهش داده و با جبران کاهش انتقال حرارت از بیس، توسط افزایش انتقال حرارت از دیواره ها، در زمان کلی انجماد تغییری ایجاد نمی گردد. بنابراین با توجه به سهم پایین بیس در دفع حرارت و تغییر ناچیز در این سهم بر اثر عایق کاری قاعده قالب و بر اساس تصاویر شبیه سازی که روند پیشرفت جبهه انجماد را نشان می¬دهد، این نتیجه حاصل می شود که عایق کاری قاعده قالب تاثیر نامطلوبی بر انتقال حرارت و انجماد جهت¬دار مذاب نداشته و بنابراین روشی مناسب برای حفاظت از بیس در برابر تنشهای حرارتی می باشد.