The use of a swirling flow can provide a more uniform velocity distribution and a calmer filling condition according to previous studies of both ingot and continuous casting processes of steel. However, the existing swirling flow generation methods developed in last decades all have some limitations. Recently, a new swirling flow generator, the TurboSwirl device, was proposed. In this work, the convergent nozzle was studied with different angles. The maximum wall shear stress can be reduced by changing the convergent angle between 40º and 60º to obtain a higher swirl intensity. Also, a lower maximum axial velocity can be obtained with a smaller convergent angle. Furthermore, the maximum axial velocity and wall shear stress can also be affected by moving the location of the vertical runner. A water model experiment was carried out to verify the simulation results of the effect of the convergent angle on the swirling flow pattern. The shape of the air-core vortex in the water model experiment could only be accurately simulated by using the Reynolds Stress Model (RSM). The simulation results were also validated by the measured radial velocity in the vertical runner by the ultrasonic velocity profiler (UVP). The TurboSwirl was reversed and connected to a traditional SEN to generate the swirling flow. The periodic characteristic of the swirling flow and asymmetry flow pattern were observed in both the simulated and measured results. The detached eddy simulation (DES) turbulence model was used to catch the time-dependent flow pattern and the predicted results agree well with measured axial and tangential velocities. This new design of the SEN with the reverse TurboSwirl could provide an almost equivalent strength of the swirling flow generated by an electromagnetic swirling flow generator. It can also reduce the downward axial velocities in the center of the SEN outlet and obtain a calmer meniscus and internal flow in the mold. / Tidigare studier visar att ett roterande flöde kan ge en mer likformig hastighetsfördelning och en lugnare fyllning i både göt- och stränggjutning av stål. De befintliga metoderna för att generera ett roterande flöde har vissa begränsningar. En ny metod för att generera det roterande flödet, en så kallad TurboSwirl, föreslogs nyligen. I detta arbete undersöktes ett konvergent munstycke med olika vinklar för att se hur detta påverkade det roterande flödet som genererades i anordningen. Resultaten visar att skjuvspänningen i systemet kan reduceras genom att ändra munstyckets vinkel mellan 40º till 60º. En lägre maximal axiell hastighet kan också uppnås med en mindre konvergent vinkel på munstycket. Det är även möjligt att påverka den maximala axiella hastigheten och skjuvspänningen i systemet genom att förflytta den vertikala kanalen i anordningen. Vattenmodellexperiment har utförts för att validera simuleringsresultaten. Det kraftigt roterande flödet kunde endast beskrivas väl av Reynolds Stress Model (RSM). Validering utfördes också genom att mäta den radiella hastigheten i den vertikala kanalen med en Ultrasonic Velocity Profiler (UVP). TurboSwirl-anordningen vändes och kopplades till gjutröret för att generera det roterande flödet. Detta studerades både med numeriska modeller och med vattenmodellering. Ett periodiskt asymmetriskt roterande flöde observerades både i numeriska modellerna och i vattenmodellerna. För att modellera detta periodiska flöde så användes detached eddy simulation (DES) modellen. Resultaten då denna modell användes stämmer väl med de experimentella mätningarna. Denna nya design med TurboSwirl kan uppnå liknande styrka på det roterande flödet som när elektromagnetisk omrörning användes. Det resulterande roterande flödet leder till en lägre axiell hastighet i gjutröret samt en lugnare yta och ett lugnare flöde i kokillen. / <p>QC 20161123</p>

Att tillhandahålla termisk komfort är ett av de främsta kraven som ställs på byggnader i dagens samhälle. Stora delar av energianvändningen går därför åt till att styra inomhusklimatet för att upprätthålla en behaglig nivå. Det påstås att omkring 40 % av denna energi tillkommer på grund av energiförluster via öppningar och läckage genom byggnaders klimatskal. Med tanke på världens och Sveriges alltmer striktare energikrav där man bland annat vill bygga nära-nollenergibyggnader är detta någonting som bör förbättras. Det är därför viktigt att förstå hur men även varför denna luftinfiltration uppstår och vilka faktorer som har en påverkande effekt. Detta arbete innefattas av tre olika simuleringsstudier av en hög byggnad där inomhusluftens rörelsemönster samt yttre vindförhållanden har legat i fokus. En studie utfördes med hjälp av simuleringsverktyget IDA ICE där luftens infiltration undersöktes. De andra två utfördes med hjälp av CFD-programmet COMSOL Multiphysics v5.4. Den ena CFD-studien studerade termiska stigkrafter inuti byggnaden och den andra studerade vindens flödesmönster utanför byggnaden och varför infiltrationen beter sig som den gör. Resultatet av simuleringarna i IDA ICE visar att det är möjligt att minska infiltrationsmängden luft in i byggnaden från 1384 l/s till 804 l/s genom att ta hänsyn till ytterdörrens placering relativt den inkommande vinden riktning. De visar även att infiltrationens inflöde är som högst på bottenvåningen för att sedan minska och därefter övergå till ett utflöde på de högre våningsplanen.Resultatet från den första CFD-studien beskriver hur den varmare inomhusluftens rörelsemönster förändras då kallare luft tar sig in på byggnadens bottenvåning. Detta förändrade rörelsemönster resulterar i att den varmare luften stiger och därmed letar sig ut genom byggnadens högre våningsplan. Den andra CFD-studiens resultat beskriver hur den yttre vindens flödesmönster förändras då dess infallsvinkel mot byggnaden varierar. Flödesmönstrets förändring ger i sin tur upphov till en varierande tryckskillnader på utsidan samt inuti byggnaden. Detta är därför en av förklaringarna till varför infiltrationen är som högst då vinden blåser rakt mot byggnadens öppna dörr jämfört med när den kommer med en annan infallsvinkel. Slutsatsen är att ytterdörrens placering relativt den yttre vinden rörelsemönster bör tas i beaktning vid nybyggnation av höga byggnader eller renovering av redan befintliga byggnader. Detta för att minimera infiltrationen och därmed reducera den problematik som infiltrationen kan medföra. / One of the main requirements a building have is to provide thermal comfort inside it. Therefore, large parts of the energy consumptions is used to control the indoor climate in order to maintain a comfortable level in the building. It’s alleged that around 40 % of this energy is added due to energy losses through opening and leakages in the buildings enclosure. Considering the world’s increasing energy requirements, where among other things one future requirement is to build nearly-zero energy buildings, is this something that needs to be improved. It’s therefore important to understand how, and also why this air infiltration occurs and what’s affecting it. This master thesis contains of three different types of simulation studies where the air inside a high-rise building, and also the wind flow around it was analyzed. One of these three studies was performed with the simulation program IDA ICE, where the air infiltration was examined. The other two studies were performed with the CFD-software, COMSOL Multiphysics v5.4. One of these CFD-studies examined the thermal flow that occurs inside the building. The other one examined the wind’s flow pattern outside the building and why the air infiltration behavior is like it is. The results from the IDA ICE simulations shows that it’s possible to decrease the infiltration rate of air into the building from 1384 l/s to 804 l/s by taking the exterior door’s position relative the incoming wind’s direction into account. They also show that the infiltration inflow is highest on the ground floor before it starts to decrease and then change and becomes an outflow on the the higher floors. The results from the first CFD-study describes how the movements of the warmer air inside the building changes when colder air flows in on the ground floor. This changed air movement pattern makes the warmer air rise, and thus flow out through the enclosure on the higher parts of the building. The other CFD-study describes how the flow pattern of the outside wind changes around the building when the winds angle of incidence varies. The changed flow pattern causes varying pressure differences, both on the outside and the inside of the building. This is therefore the explanation to why the infiltration rate is greatest when the wind blows straight towards the opened door on the building instead of with other angles of incidence. The conclusion is that the placement of exterior doors on high-rise buildings relative to the outside wind should be taken into account when new buildings are built or when a renovation of an existing building should be made. This to minimize air infiltration through buildings and thereby reduce problems infiltration can cause.