Die Ausbreitung von Oberflächenwellen an der Phasengrenzfläche zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas kommt sowohl in der Natur als auch in der Technik häufig vor.
In zeitabhängigen Prozessen ist die freie Oberfläche in der Regel nicht fest, sondern sie ändert ihre Lage in Abhängigkeit von Ort und Zeit. Zur Prognose der Strömung selbst sowie für die entstehenden Kräfte und Momente ist es daher erforderlich, die Bewegung der freien Oberfläche simultan zu bestimmen. Unter stark einschränkenden Bedingungen, z. B. Reibungsfreiheit und unter Ausnutzung von zeitlichen Periodizitäten, gelingt es dafür analytische Lösungen herzuleiten. Spielen jedoch die Reibung und andere Materialeigenschaften eine nicht zu vernachlässigende Rolle und ist zudem das Strömungsgebiet nicht mehr geometrisch einfach, können nur noch das Experiment oder die numerische Simulation zu Rate gezogen werden. In diesem Zusammenhang beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Analyse, Modellierung und numerischen Simulation der Ausbildung von Oberflächenwellen während des Füllvorgangs einer Kaltkammerdruckgießzelle. Der Fokus liegt auf dem Vorschub der flüssigen bzw. teilerstarrten Aluminiumschmelze-Suspension durch einen Kolben während der ersten Füllphase der Füllkammer. Die grundlegende Zielsetzung liegt darin, schädliche Gas- und Oxideinschlüsse zu vermeiden und Optimierungspotentiale aufzuzeigen. Dabei wird der Einfluss der Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung des Kolbens sowie der Einfluss der Oberflächenspannung auf die Wellenbewegung untersucht. Die Auswirkung der temperaturabhängigen strukturviskosen Eigenschaften von teilflüssigen Metallschmelzen auf das Wellenausbreitungsverhalten ist ein Bestandteil dieser Arbeit. Die numerischen Simulationsrechnungen wurden mit dem kommerziellen Software-Programm FLUENT durchgeführt. Das Mehrphasenberechnungsverfahren basiert auf der Finiten-Volumen-Methode und verwendet die VOFMethode zur Beschreibung der freien Phasengrenze. Es wurden zwei- und dreidimensionale Berechnungen durchgeführt.
Aktualisiert: 2020-06-05
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