ISSN:
1432-1181
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics
,
Physics
Description / Table of Contents:
Zusammenfassung Die Verfestigung einer NH4Cl-H2O Lösung in einem quadratischen Hohlraum mit freier Oberfläche wurde numerisch und experimentell untersucht. Die Verfestigung ist durch die Koexistenz dreier Phasen, einer festen, eines Zwei-Phasen-Gebietes (fest und flüssig), sowie einer flüssigen gekennzeichnet, wobei die Strömung innerhalb der flüssigen und der Zwei-Phasen-Region durch Oberflächenspannungsgradienten sowie durch einander entgegenwirkende thermische und konzentrationsabhängige Auftriebskräfte angetrieben wird. Theoretische und experimentelle Ergebnisse lassen darauf schließen, daß (i) Oberflächenspannungskräfte eine Zellularströmung im obersten Teil des Hohlraums aufbauen und deren Entwicklung mit fortschreitender Zeit verstärken, (ii) eine Anreicherung dieser oberen Zelle mit Wasser ein Wiedereinschmelzen angrenzender verfestigter Regionen induziert, sowie (iii) der letztlich erreichte statische Endzustand durch eine Liquidusfront, deren Dicke mit zunehmender Tiefe ebenfalls zunimmt, charakterisiert ist. Vorhergesagte und beobachtete Ergebnisse unterscheiden sich jedoch sowohl in bezug auf das chronologische Muster der Mehrzellenströmungsentwicklung als auch in der Zeit, die benötigt wird, um den statischen Endzustand zu erreichen. Die Unterschiede werden den gewählten Modellannahmen und Unsicherheiten, die die Struktur der Zwei-Phasen-Region betreffen, zugesprochen.
Notes:
Abstract Solidification of an NH4Cl-H2O solution in a square cavity with a free surface has been studied numerically and experimentally. Solidification is characterized by the coexistence of solid, mushy (solid plus liquid), and liquid regions, and flow within the liquid and mushy regions is driven by surface tension gradients, as well as by opposing thermal/solutal buoyancy forces. Theoretical and experimental results indicate that (i) surface tension forces spawn a cellular flow at the top of the cavity and enhance its development with increasing time, (ii) water enrichment of the top cell induces remelting of adjoining solid, and (iii) final steady-state conditions are characterized by a liquidus front whose thickness increases with increasing depth. However, predicted and observed results differ with respect to the chronological pattern of multicellular flow development and the time required to achieve steady-state conditions. Differences are attributed to selected model assumptions and to uncertainties concerning mushy region structure.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF01597233
Permalink