Thermische Simulation des Sprühkompaktierprozesses
-
D. Bergmann
Dr.-Ing.
Dirk Bergmann , geb. 1968, studierte Produktionstechnik an der Universität Bremen. Er war von 1994 bis 1999 als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Sonderforschungsbereich Sprühkompaktieren an der Universität Bremen und anschließend im Institut für Werkstofftechnik beschäftigt und promovierte 2000. Seit 1999 ist D. Bergmann bei der MTU – Friedrichshafen GmbH tätig.Priv. Doz. Dr.-Ing.
Udo Fritsching , geb. 1959, studierte an der RWTH Aachen. Nach erfolgter Promotion an der Universität Bremen leitet er seit 1990 die Abteilung Mehrphasenströmung, Wärme- und Stoffübertragung im Institut für Werkstofftechnik. U. Fritsching habilitierte sich 1999 für das Fachgebiet Verfahrenstechnik.Prof. Dr.-Ing.
Klaus Bauckhage , geb. 1939, leitet im Institut für Werkstofftechnik die Hauptabteilung Verfahrens- und Anlagentechnik und vertritt das Fachgebiet Verfahrenstechnik im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen.
Abstract
In diesem Beitrag werden Modellierungsbausteine für ein integrales Simulationsmodell des Sprühkompaktierens vorgestellt. Hierfür wird zunächst der Übergang vom Spray zum Deposit betrachtet, also das Auftreffen der Materialmasse auf das Deposit. Ausgehend von der Analyse der Erstarrung und Abkühlung von Einzelpartikeln im Sprühkegel werden geeignete Mittelungsmethoden zur Ableitung des integralen thermischen Energieeintrags in das Deposit entwickelt. In der anschließenden Betrachtung der Materialabkühlung im Deposit wird ein Modell für die resultierende Korngröße im gesprühten Produkt vorgestellt, auf bauend auf den Modelldaten aus der Sprühkegelsimulation. Auf der Basis derartiger Teilmodelle wird das thermische Verhalten eines Schmelzeelements beim sukzessiven Durchlaufen der Prozessstufen des Sprühkompaktierens unter Variation wesentlicher Prozessbedingungen analysiert.
Abstract
In this contribution specific modules for the derivation of an integrated simulation model for the spray forming process are presented. For this aim, at first the interface between the spray and the growing deposit is highlighted. At this stage the particle mass from the spray is compacted on the top surface of the deposit. Beginning with an analysis of solidification and heat transfer of individual particles within the spray, suitable averaging methods for the description of the overall thermal energy transfer into the deposit are derived. In the next step, the material cooling within the deposit is related to the remaining grain size of the sprayed product, based on simulated model results from the spray simulation. Based on these modules, finally the successive thermal behaviour of a material element from the tundish via the spray into the deposit is investigated for different process conditions.
About the authors
Dr.-Ing. Dirk Bergmann, geb. 1968, studierte Produktionstechnik an der Universität Bremen. Er war von 1994 bis 1999 als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Sonderforschungsbereich Sprühkompaktieren an der Universität Bremen und anschließend im Institut für Werkstofftechnik beschäftigt und promovierte 2000. Seit 1999 ist D. Bergmann bei der MTU – Friedrichshafen GmbH tätig.
Priv. Doz. Dr.-Ing. Udo Fritsching, geb. 1959, studierte an der RWTH Aachen. Nach erfolgter Promotion an der Universität Bremen leitet er seit 1990 die Abteilung Mehrphasenströmung, Wärme- und Stoffübertragung im Institut für Werkstofftechnik. U. Fritsching habilitierte sich 1999 für das Fachgebiet Verfahrenstechnik.
Prof. Dr.-Ing. Klaus Bauckhage, geb. 1939, leitet im Institut für Werkstofftechnik die Hauptabteilung Verfahrens- und Anlagentechnik und vertritt das Fachgebiet Verfahrenstechnik im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen.
Literatur
1 Bergmann, D.; Fritsching, U.; Crowe, C. T.: Multiphase Flow in the Spray Forming Process. 2nd International Conference on Multiphase Flow, Kyoto, Japan, 3.–7. April 1995.Search in Google Scholar
2 Crowe, C. T.: Challenges in Numerical Simulation of Metal Sprays in Spray Forming Processes. Sprühkompaktieren – Kolloquium des SFB 372, Band 2, Universität Bremen, 1997, S. 1–16.Search in Google Scholar
3 Bergmann, D. : Modellierung des Sprühkompaktierprozesses für Kupfer- und Stahlwerkstoffe. Dissertation, Universität Bremen, 2000.Search in Google Scholar
4 Bergmann, D.; Fritsching, U.; Bauckhage, K. : A mathematical model for cooling and rapid solidification of molten metal droplets. Int. J. Therm. Sci. 39 (2000), S. 53–62.10.1016/S1290-0729(00)00195-1Search in Google Scholar
5 Levi, C. G.; Mehrabian, R. : Heat Flow During Rapid Solidification of Undercooled Metal Droplets. Metallurgical Transactions A, 13A (1982) 2, S. 221–234.10.1007/BF02643312Search in Google Scholar
6 Zhang, H. : Temperaturverteilung im aufwachsenden Deposit und im Substrat sowie Verläufe des Erstarrungsgrads im Deposit bei der Sprühkompaktierung von Metallen. Dissertation, Universität Bremen, 1994.Search in Google Scholar
7 Fritsching, U.; Zhang, H.; Bauckhage, K. : Numerical Simulation of Temperature Distribution and Solidification Behaviour during Spray Forming. steel research 65 (1994) 7, S. 273–278.10.1002/srin.199401070Search in Google Scholar
8 Fritsching, U.; Zhang, H.; Bauckhage, K. : Numerical Results of Temperature Distribution and Solidification Behaviour during Spray Forming. steel research 65 (1994) 8, S. 322–325.10.1002/srin.199401079Search in Google Scholar
9 Bauckhage, K.: Stand der Technik beim Sprühkompaktieren von Bolzen. HTM 52 (1997) 5, S. 319–331.10.1515/htm-1997-520514Search in Google Scholar
10 Bauckhage, K. : Die Bedeutung der Partikelabkühlung für den Materialaufbau beim Sprühkompaktieren. Sprühkompaktieren – KolloSearch in Google Scholar
11 quium Bauckhage, des SFB K.; 372Bergmann, , Band 3, D.; Universität Tillwick, JBremen, : Die Massen- 1998, S. und 139Enthal–174. piebilanzierung des Sprühkegels als Kopplung für die Modellvorstellung des Materialaufbaus in der Mix-Schicht. Sprühkompaktieren – Kolloquium des SFB 372, Band 4, Universität Bremen, 1999, S. 139–171.Search in Google Scholar
12 Grant, P. : A Model for the Factors Controlling Spray Formed Grain Size. Sprühkompaktieren – Kolloquium des SFB 372, Band 3, Universität Bremen, 1998, S. 83–92.Search in Google Scholar
13 Kramer, C.: Die Kompaktierungsrate beim Sprühkompaktieren von Gaußförmigen Deposits. Dissertation, Universität Bremen, 1997.Search in Google Scholar
14 Jordan, N.; Harig, H.: Influence of Process Parameters and Alloying Elements on the Spray Deposition of Copper Based Materials. 4th Intern. Conf. Spray Forming, Sept. 1999, Baltimore.Search in Google Scholar
15 Lavernia, E. J.; Wu, Y.: Spray Atomization and Depositon John Wiley & Sons, Ltd. Chichester, England, 1966.Search in Google Scholar
16 Fritsching, U. : Modellierung und numerischen Simulation von Sprayprozessen am Beispiel des. Sprühkompaktierens von Metallen. Shaker-Verlag, Aachen, 2001Search in Google Scholar
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