The present study focused on the estimation of the interfacial heat transfer coefficient as a function of the surface temperature of the aluminum casting at the mold/casting interface to investigate the effects of superheat and coating layer. The casting experiments of aluminum into a cylindrical copper mold were systematically conducted to obtain the thermal history during solidification. The thermal history recorded by four thermocouples embedded both in the mold and the casting was used to solve the inverse heat conduction problem using Beck's method. The effects of superheat and coating on the interfacial heat transfer coefficient in the liquid state, during the solidification, and in the solid state were comparatively discussed. In the liquid state, the interfacial heat transfer coefficient is thought to be affected by the roughness of the mold, the wettability of the casting on the mold surface, and the thermophysical properties of the coating layer. When the solidification begins, the air gap forms between the casting and the mold, and the interfacial heat transfer coefficient becomes a function of the air gap as well as surface roughness and the superheat. In the solid phase, it depends only upon the thermal conductivity and the thickness of the air gap. The coating layer reduces seriously the interfacial heat transfer coefficient in the liquid state and during the solidification.
Research in heat transfer and solidification commonly involves experimentation and mathematical modeling with associated numerical analysis and computation. Inverse problems in heat transfer are part of this paradigm. During the solidification of metal casting, an interfacial heat transfer resistance exists at the boundary between the casting and the mold, and this heat transfer resistance usually varies with time. In the case of the squeeze casting the contact heat transfer resistance is decreased by pressure and ideal contact is almost accomplished. In the present work, heat transfer coefficient, which is inverse value of the heat transfer resistance, was used for convenience. A numerical technique, Non-Linear Estimation has been adopted for calculation of the casting/mold interfacial heat transfer coefficient during the squeeze casting process. In this method, the measured temperature data from experiment were used. The computational results were applied to the analysis of heat transfer and solidification.
In this study, a new model for calculating the liquid film thickness and condensation heat transfer coefficient in a vertical condenser tube is proposed by considering the effects of gravity, liquid viscosity, and vapor flow in the core region of the flow. In order to introduce the radial velocity profile in the liquid film, the liquid film flow was regarded to be in Couette flow dragged by the interfacial velocity at the liquid-vapor interface. For the calculation of the interfacial velocity, an empirical power-law velocity profile had been introduced. The resulting liquid film thickness and heat transfer coefficient obtained from the proposed model were compared with the experimental data from other experimental study and the results obtained from the other condensation models. In conclusion, the proposed model physically explained the liquid film thinning effect by the vapor shear flow and predicted the condensation heat transfer coefficient from experiments reasonably well.
The presence of a non-condensable gas can considerably reduce the level of condensation heat transfer. The non-condensable gas effect is a primary concern in some passive systems used in advanced design concepts, such as the Passive Residual Heat Removal System (PRHRS) of the System-integrated Modular Advanced ReacTor (SMART) and the Passive Containment Cooling System (PCCS) of the Simplified Boiling Water Reactor (SBWR). This study examined the capability of the Multi-dimensional Analysis of Reactor Safety (MARS) code to predict condensation heat transfer in a vertical tube containing a non-condensable gas. Five experiments were simulated to evaluate the MARS code. The results of the simulations showed that the MARS code overestimated the condensation heat transfer coefficient compared to the experimental data. In particular, in small-diameter cases, the MARS predictions showed significant differences from the measured data, and the condensation heat transfer coefficient behavior along the tube did not match the experimental data. A new method for calculating condensation heat transfer coefficient was incorporated in MARS that considers the interfacial shear stress as well as flow condition determination criterion. The predictions were improved by using the new condensation model.
동방향 성층이상유동에서의 직접적촉 응축현상을 일차원 모델인 RELAP5/MOD2와 /MOD3를 이용하여 해석하였으며, 해석결과를 Northwestern의 실험결과와 비교·검토하였다. 해석결과 RELAP5의 공유열전달 모델은 동방향 성층이상유동에서 응축율을 비교적 잘 예측하고 있다. 그러나 공유접촉면에 파형이 생기는 경우는 물경계두께 및 국부 열전달계수는 유사한 범위로 일치할분 현상을 예측하는데 상당한 차이가 있다.
Nowadays there has been great interest in using heat treated cast material for press dies due to several advantages like reduction in die production costs. However, in hot press forming processes H13 forged tool steel is mostly used. Cooling performance of dies in hot press forming processes is considered as an important factor of study and also the IHTC parameter between cast material die and sheet metal should be considered as an essential. In the present study, the IHTC was calculated for the sheet metal in the hot press forming process with cast and forged material dies. The temperature measurements were performed for the sheet metal, casting and forged material dies by applying various contact pressure in hot press forming. IHTC was calculated and studied by adopting the inverse heat convection method in DEFORM-2D. Each IHTC was considered as a function of contact time and contact pressure. The experimental data were compared with calculated data obtained from the proposed equation and references.
A hot forming of large thick Al plate using a grid-type hybrid die is a process to make a shell plate for the production of a spherical LNG tank. This process is characterized by using a grid-typed die with an additional air cooling system for reducing the cooling time of the heated plate after hot forming. The process consists of the plate's feeding, heating, forming and cooling in detail and each of them is continuously performed along the rail. This paper was designed to propose the analytical and experimental methods for determining the convection and interfacial heat transfer coefficients required in hot forming analysis of Al plate. These values in the analysis are to reproduce numerically the cooling performance of grid-typed die and cooling device. Interfacial heat transfer was obtained from the heat transfer experiments for different pressures and inverse analysis method. To verify the efficiency of the coefficient values obtained from above methods, FE analysis and experiment of the hot spherical-forming process were conducted for a small-scaled model. The convection coefficient was also calculated from flow analysis of air released by cooling device within grid-typed die using ANSYS-CFX.
In hot forging analysis, the interfacial heat transfer coefficient (IHTC) is a very important factor defining the heat flow between the die and the material. In particular, in the hot forging analysis of aluminum 6xxx series alloy, which are used in automobile parts, differences in load and microstructure occur due to changes in surface temperature according to the IHTC. This IHTC is not a constant value but changes depends on pressure. This study derived the IHTC under low load using aluminum 6082 alloy. An experiment was performed by fabricating a compression die, and a heat transfer analysis was performed based on the experimental data. The heat transfer analysis used DEFORM-2D, a commercial finite element analysis program. To derive the IHTC, heat transfer analysis was performed for the IHTC in the range of 10 to 50 kW/m2℃ at intervals of 10kW/m2℃. The heat transfer analysis results according to the IHTC and the actual experimental values were compared to derive the IHTC of the aluminum 6082 alloy under low load.
Kim, Yeon-Sik;Chung, Moon-Ki;Park, Jee-Won;Chun, Moon-Hyun
Nuclear Engineering and Technology
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제29권1호
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pp.45-57
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1997
The direct contact condensation phenomenon, which occurs when steam is injected into the subcooled water, has been experimentally investigated. Two plume shapes in the stable condensation regime are found to be conical and ellipsoidal shapes depending on the steam mass flux and the liquid subcooling. Divergent plumes, however, are found when the subcooling is relatively small. The measured expansion ratio of the maximum plume diameter to the injector inner diameter ranges from 1.0 to 2.3. By means of fitting a large amount of measured data, an empirical correlation is obtained to predict the steam plume length as a function of a dimensionless steam mass flux and a driving potential for the condensation process. The average heat transfer coefficient of direct contact condensation has been found to be in the range 1.0~3.5 ㎿/$m^2$.$^{\circ}C$. Present results show that the magnitude of the average condensation heat transfer coefficient depends mainly on the steam mass fin By using dynamic pressure measurements and visual observations, six regimes of direct contact condensation have been identified on a condensation regime map, which are chugging, transition region from chugging to condensation oscillation, condensation oscillation, bubbling condensation oscillation, stable condensation, and interfacial oscillation condensation. The regime boundaries are quite clearly distinguishable except the boundaries of bubbling condensation oscillation and interfacial oscillation condensation.
Solidification of aluminum alloys under moderate pressures has been investigated. Interfacial heat transfer coefficient at the casting/mold interface varies with time after pouring the molten metal into the die cavity, and therefore plays an important role in determining solidification sequence. The heat transfer coefficients were evaluated by using an inverse problem method, based on the measured temperature distribution. The calculated heat transfer coefficients were used for solidification simulation in the squeeze casting process. The effects of applied pressure and positions of insulation in the mold have also been investigated on solidification microstructures and on the formation of macrosegregation of Al-4.5wt.%Cu alloys.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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