شماره ركورد
25681
شماره راهنما
MEC2 300
عنوان
شبيهسازي عددي خشككردن سطح ورق با نازلهاي دمنده هوا در خط اسكين پاس مجتمع فولاد مباركه اصفهان
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك - تبديل انرژي
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1404/12/25
صفحه شمار
65 ص.
استاد راهنما
ابراهيم افشاري , مهدي مشرف دهكردي
استاد مشاور
مسعود ضيائي راد
كليدواژه فارسي
نازل دمنده هوا , چاقوي هوا , دترجنت , اسكين پاس , شبيهسازي عددي
چكيده فارسي
در بسياري از فرآيندهاي صنعتي نظير خطوط نورد سرد، گالوانيزاسيون پيوسته و سامانههاي خشككاري ورقهاي فلزي، حذف لايههاي نازك سيال از سطح ورق نقش تعيينكنندهاي در كيفيت سطح و كنترل ضخامت پوشش ايفا ميكند. يكي از روشهاي متداول براي اين منظور، استفاده از جتهاي هواي برخوردي است كه از طريق اعمال فشار و تنش برشي، فيلم مايع را از سطح جدا ميكنند. با وجود كاربرد گسترده اين روش، درك دقيق مكانيزم اندركنش جريان هواي خروجي از نازل با لايه نازك سيال همچنان يكي از مسائل چالشبرانگيز در ديناميك سيالات چندفازي محسوب ميشود. در اين پاياننامه، فرآيند دفع يك فيلم مايع با ضخامت اوليه يك ميليمتر از سطح ورق متحرك با سرعت 12 متر بر ثانيه تحت اثر جت هواي خروجي از يك نازل دايرهاي بهصورت عددي مورد بررسي قرار گرفته است. شبيهسازيها بهصورت سهبعدي در نرمافزار كامسول انجام شده و براي مدلسازي سطح مشترك هوا –مايع از روش Level Set استفاده و جهت مدلسازي جريان آشفته جت برخوردي، مدل آشفتگي k–ω استاندارد بهكار گرفته شده است. مطالعه حاضر در سه گام پارامتري انجام شده است. در گام نخست، اثر زاويه نازل نسبت به راستاي عمود با مقادير 0، 15، 30، 45 و 60 درجه، در گام دوم تأثير فاصله نازل تا سطح ورق در ارتفاعهاي 6، 10، 14 و 18 سانتيمتر و در گام سوم، اثر سرعت خروجي هوا در بازه 20 تا 200 متر بر ثانيه مورد ارزيابي قرار گرفته است. بهمنظور كميسازي عملكرد پاكسازي، شاخصهاي «نسبت سطح پاكشده» و «عرض پوششدهي ناحيه پاكشده» بهعنوان معيارهاي اصلي ارزيابي تعريف شده است. نتايج نشان ميدهند كه فرآيند حذف فيلم مايع شامل سه مرحله مشخص شامل تأخير اوليه، رشد سريع ناحيه پاكشده و رسيدن به حالت شبهپايدار است. افزايش زاويه نازل تا حدود 45 درجه موجب تقويت مؤلفه مماسي جريان و افزايش كارايي جاروبكنندگي جت ميگردد؛ در حالي كه زواياي بسيار كوچك يا بسيار بزرگ عملكرد ضعيفتري نشان ميدهند؛ بررسي فاصله نازل نشان ميدهد كه فاصله نازل تا ورق در حدود 14 سانتيمتر منجر به بيشينه شدن سطح و عرض پاكسازي ميشود؛ همچنين سرعت جت بهعنوان پارامتر غالب شناسايي شده و نتايج وجود يك سرعت بحراني براي آغاز جدايش فيلم مايع را نشان ميدهد؛ بهگونهاي كه در سرعتهاي پايين فرآيند پاكسازي عملاً رخ نميدهد. تحليل نهايي نتايج نشان ميدهد كه كارايي حذف فيلم مايع تابع مستقيم انتقال مومنتوم جت هوا به سطح سيال بوده و بيشترين عملكرد زماني حاصل ميشود كه زاويه برخورد، فاصله نازل و سرعت جت بهطور همزمان در محدوده مناسب قرار گيرند. نتايج اين پژوهش ميتواند بهعنوان مبنايي براي طراحي و بهينهسازي سامانههاي صنعتي مبتني بر نازل هوا و چاقوي هوا در فرآيندهاي خشككاري و كنترل پوشش ورقهاي فلزي مورد استفاده قرار گيرد.
كليدواژه لاتين
Air blower nozzle , air knife , detergent , skin pass , numerical simulation
عنوان لاتين
Numerical simulation of sheet surface drying with air blowing nozzles in the skin pass rolling line of Mobarakeh steel complex, Isfahan
گروه آموزشي
مهندسي مكانيك
چكيده لاتين
In many industrial processes, such as cold rolling lines, continuous galvanizing, and dry processing systems for metal sheets, the removal of thin fluid layers from the surface of the sheet plays a crucial role in surface quality and coating thickness control. One of the most common methods for this purpose is the use of impinging air jets, which separate the liquid film from the surface by applying pressure and shear stress. Despite the widespread use of this method, understanding the mechanism of interaction between the air flow exiting the nozzle and the thin fluid layer remains one of the challenging issues in multiphase fluid dynamics. In this thesis, the process of removing a liquid film with an initial thickness of 1 millimeter from a moving sheet surface at a speed of 12 meters per second under the effect of an air jet exiting a circular nozzle is numerically investigated. The simulations are carried out in a three-dimensional setup in COMSOL software, and the Level Set method is used for modeling the air-liquid interface. For modeling the turbulent flow of the impinging jet, the standard k–ω turbulence model is applied. The current study is conducted in three parametric steps. In the first step, the effect of the nozzle angle relative to the vertical axis at values of 0°, 15°, 30°, 45°, and 60° is evaluated. In the second step, the impact of the nozzle-to-sheet distance at heights of 6, 10, 14, and 18 cm is assessed. In the third step, the effect of the air exit velocity in the range of 20 to 200 meters per second is analyzed. To quantify the cleaning performance, the "cleaned area ratio" and "cleaned region width" are defined as the main evaluation criteria. The results show that the liquid film removal process consists of three distinct phases: an initial delay, rapid growth of the cleaned area, and reaching a quasi-steady state. Increasing the nozzle angle up to about 45° enhances the tangential flow component and improves the jet sweeping efficiency, while very small or very large angles show weaker performance. The nozzle distance analysis shows that a nozzle-to-sheet distance of around 14 cm leads to maximum cleaned area and width. Moreover, the jet velocity is identified as the dominant parameter, and the results indicate a critical velocity for the onset of film detachment, where at low velocities, the cleaning process practically does not occur. A final analysis of the results shows that the efficiency of liquid film removal is directly related to the momentum transfer of the air jet to the liquid surface, and the best performance is achieved when the angle of impact, nozzle distance, and jet velocity are simultaneously within the optimal range. The findings of this research can serve as a basis for the design and optimization of industrial systems based on air nozzles and air knives in dry processing and coating control processes for metal sheets.
تعداد فصل ها
4
فهرست مطالب pdf
157093
نويسنده