In several industrial applications, the interaction of supersonic gas jets is encountered such as gas atomization, jet engines and the basic oxygen furnace process. In the gas atomization process, high pressure gases are converted to high velocity gas jets through convergent-divergent nozzles. These high velocity gas jets break up the stream of the molten metal into fine droplets. Therefore, it is essential to develop a deep knowledge of interaction between the gas jets and the liquid metal and the dynamics of jets as a step towards optimizing the gas atomization process. This will enable higher process efficiency at lower cost and energy consumption. In this study, the gas interaction behaviour of the two gas jets from two convergent-divergent nozzles with the same geometry have been modelled using Ansys Fluent software. The result of the computational fluid dynamics simulation has been also compared with an experimental study that has been done under similar conditions to the simulation. The results of this study have shown that, by decreasing the nozzle interaction angle the maximum velocity along the symmetry axis will be increased. However, according to the velocity contour plots the maximum velocity when the gas interaction angle is 20°, 5° and 0°, the maximum velocity reached to 676 m s-1, 698 m s-1 and 696 m s-1 respectively. In addition, it was found that the maximum value of the jet velocity along the symmetry axis decreases with an increase in distance between the nozzles. However, according to the velocity contour plots for the 18mm, 10mm and 5mm distance between the nozzles the maximum velocity reached to 696 m s-1, 685 m s-1 and 683 m s-1 respectively. In general, when the gas jets have higher velocity, they have higher kinetic energy to disintegrate the stream of the molten metal. Therefore, higher gas jet velocity leads to powder with smaller particle size. The results of this study can be used to design better nozzles configuration in gas atomization process in order to achieve better process efficiency. Moreover, the finding of this study will help to build more complex simulations with more nozzles in the model. / I flera industriella tillämpningar påträffas samspelet mellan överljudsgasstrålar, såsom gasförstoftning, jetmotorer och den grundläggande syrgasugnsprocessen. I gasatomiseringsprocessen omvandlas högtrycksgaser till höghastighetsgasstrålar genom konvergenta divergerande munstycken. Dessa gasstrålar med hög hastighet bryter upp strömmen av den smälta metallen till fina droppar. Därför är det viktigt att utveckla en djup kunskap om interaktionen mellan gasstrålarna och den flytande metallen och dynamiken hos strålarna som ett steg mot att optimera gasatomiseringsprocessen. Detta kommer att möjliggöra högre processeffektivitet till lägre kostnad och energiförbrukning. I denna studie har gasinteraktionsbeteendet för de två gasstrålarna från två konvergent-divergerande munstycken med samma geometri modellerats med hjälp av Ansys Fluent-programvara. Resultatet av simuleringen av beräkningsvätskedynamik har också jämförts med en experimentell studie som har gjorts under liknande förhållanden som simuleringen. Resultaten av denna studie har visat att genom att minska munstyckets interaktionsvinkel kommer den maximala hastigheten längs symmetriaxeln att ökas. Enligt hastighetskonturen plottas emellertid den maximala hastigheten när gasinteraktionsvinkeln är 20°, 5° och 0°, den maximala hastigheten nådde 676 ms - 1 , 698 ms -1 respektive 696 ms -1. Dessutom fann man att det maximala värdet för strålhastigheten längs symmetriaxeln minskar med en ökning av avståndet mellan munstyckena. Enligt hastighetskonturdiagrammen för 18 mm, 10 mm och 5 mm avståndet mellan munstyckena nådde den maximala hastigheten till 696 ms - 1 , 685 ms -1 respektive 683 ms -1. I allmänhet, när gasstrålarna har högre hastighet, har de högre kinetisk energi för att sönderdela strömmen av den smälta metallen. Därför leder högre gasstrålehastighet till pulver med mindre partikelstorlek. Resultaten av denna studie kan användas för att utforma bättre munstyckeskonfiguration i gasatomiseringsprocessen för att uppnå bättre processeffektivitet. Dessutom kommer resultatet av denna studie att bidra till att bygga mer komplexa simuleringar med fler munstycken i modellen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-310333 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Darvishghanbar, Mahsa |
| Publisher | KTH, Materialvetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2022:38 |
Page generated in 0.003 seconds