2001 Fiscal Year Annual Research Report
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10555259
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| Research Institution | KYUSHU UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
尾添 紘之 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (10033242)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田川 俊夫 九州大学, 機能物質科学研究所, 助手 (90294983)
平野 博之 岡山理科大学, 工学部, 講師 (60264115)
鎌倉 勝善 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (40042832)
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| Keywords | 鉄鋼 / 連鋳 / 磁場 / 数値解析 |
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| Research Abstract |
本年度は最終年度で、過去3年間を含め、研究成果のとりまとめを行った。鉄鋼の連続鋳造プロセスの鋳型部分に外部より磁場を印加し、安定的に融鉄の固化を行うプロセスについて、融液対流の非定常三次元数値解析を行った。モデル式は、連続の式、x-,y-,z-方向の連続の式、エネルギー式から成り、さらにオームの法則、電荷保存則、磁場を与えるビオ・サバールの式から成る。
対象とする系は、上方からみてl×lの正方形断面で高さは2lとした。上方より0.5lの深さに0.1l×0.1lの四角形のノズルが液中にのび、その下端より左右に融鉄が噴出するものとした。直方体空間の四側面は等温冷却されるものとし、上下面は熱的絶縁とした。磁場が作用するコイルが上方より0.5lで直方体を囲む場合、x軸方向の端に2本あるいはy軸方向の端に2本ある場合を取り上げた。基礎方程式は差分近似し、HSMAC法で数値解析した。格子分割数は50^3で不等間隔スタッガードメッシュとした。計算条件はRe=10^4,Re_<in>=10^3,Gr=10^7,Pr=0.025とし、Ha=0,100,200,500の各場合を求めた。磁場を印加しない場合、ノズルからの噴流はほぼ真横の固化界面に衝突し、渦が上下、左右に形成された。1コイルの場合、Ha=100,200では、上下左右方向に大きな循環流が形成されたが、Ha=500ではこれが大きく減少した。x軸方向2コイルの場合、Ha=100,200ではHa=0の場合と大差ないが、Ha=500では、ノズル上部のみに流れが限定され、上面からみると、固化界面までは、噴流が達せず、安全性が向上することが確かめられた。y軸方向2コイルの場合、Ha=500では、ノズル上部の流れがかなり強く残り、上面から見ると、固化界面まで、噴流が達していた。
これらより、1コイルが最適で次にx軸方向2コイルが好ましいことが予測された。
しかし、鉄鋼の連鋳過程は大変複雑で、これらの結果だけからは、高品質を保証できるところまでには至らず、今後のさらなる検討が必要とされる。
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Research Products
(4 results)
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[Publications] Katsuyoshi Kamakura et al.: "Double diffusive natural convection in binary gases with augmenting horizontal thermal and solutal gradients"Advanced Computational Methods in Heat Transfer, Heat Transfer V. 125-134 (1998)
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[Publications] Katsuyoshi Kamakura et al.: "Oscillatory double diffusive natural convection in low Prandtl number fluid"Heat Transfer 1998, Proc. of 11th IHTC. 3. 361-366 (1998)
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[Publications] Katsuyoshi Kamakura et al.: "Numerical analyses of double-diffusive natural convection with an initial condition of a vertically linear concentration gradient"5th ASME/JSME Joint Thermal Eng. Conf., San Diego. AJTE99-6370 (1999)
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[Publications] Koji Ezaki et al.: "Effect of magnetic field on a continuous steel casting model"13th Symp. on Chem. Eng. Kyushu-Taejon/Chungnam. 57-58 (2000)
