Stadiul actual privind situatia de la central nucleara Fukushima Daichii. Introducere in problema scurgerilor de apa din reactoare Autor: Ing. Radu… [308709]

Licență

Stadiul actual privind situatia de la central nucleara Fukushima Daichii. Introducere in problema scurgerilor de apa din reactoare Autor: Ing. Radu… [308709]

Byadmin ianuarie 1, 2024

RAPORTUL NUMARUL 1

Stadiul actual privind situatia de la central nucleara Fukushima Daichii. Introducere in problema scurgerilor de apa din reactoare

Autor: Ing. Radu Secareanu

Conducator de doctorat: Prof. Dr. Ing. Ilie Prisecaru

CUPRINS:

CUPRINS: 2

1. INTRODUCERE: 2

2. SCURGERILE DE APA DE LA FUKUSHIMA 5

2.1. Introducere 6

2.2. Detalii privind scurgerea de apa 6

2.2.1. Camera uscata (Drywell) 6

2.2.1.1. Trecerile electrice 6

2.2.1.2. Trapa pentru echipamente 7

2.2.2. Camera de reducere a presiunii si camera torului 7

2.3. Situatia actuala a planului de dezafectare 8

2.3.1. Introducere 9

2.3.2. Conditiile din reactor 9

2.3.3. Progresul lucrarilor pentru principalele planuri 11

2.3.4. Progresul pentru dezafectare 11

3. ETANSAREA CU METALE LICHIDE 13

3.1. Introducere 13

3.2. Studiul initial 13

3.2.1. Descriere experimente 13

3.2.2. Rezultate experimentale 23

3.2.2.1. Comparatia temperaturilor 23

3.2.2.2. Lungimea de penetrare 25

3.2.3. Concluzii 27

4. CONCLUZII 28

BIBLIOGRAFIE 29

INTRODUCERE:

[anonimizat] “Planul de dezafectare dupa accidentul de la Centrala Nucleara Fukushima Daiichi”. Primul obiectiv al acestui plan, “reducerea nivelului de radiatie”a fost indeplinit in Iulie 2011, iar obiectivul pasului al 2-lea “tinerea sub control a eliberarilor de materiale radioactive si mentinerea dozei de radiatie la un nivel scazut”a fost indeplinit in Decembrie 2011. Prin aceste eforturi reactorul a [anonimizat]. In plus fata de aducerea reactoarelor la o [anonimizat] a fost redus semnificativ.

Dupa finalizarea pasului doi[2] a existat o tranzitie de la eforturile facute pana atunci de a [anonimizat] a mentine centrala intr-o stare stabila. [anonimizat] a unitatilor 1-3 [anonimizat], astfel incat rezidentii evacuati sa se poata intoarce la casele lor iar oamneii din tara vor pute traii fara teama.

[anonimizat], care a fost constituit de catre Agentia de Energie Atomica din Japonia in August 2011, [anonimizat]. S-a ajuns la concluzia ca nu va fi nevoie de mai mult de 10 ani pana cand se va incepe scoaterea combustibilului deteriorat si se estimeaza ca dezafectarea va dura cel putin 30 de ani.

Pe 9 Noiembrie 2011, Dl. Edano, [anonimizat]. Hosono, [anonimizat], [anonimizat]-lung. [anonimizat] 2, [anonimizat] a [anonimizat] a trecut la Sediul General pentru Raspuns in Caz de Urgenta Nucleara.

Pe 21 Decembrie 2011, Guvernul si TEPCO au picat de acord asupra planului de dezafectare pe termen mediu-lung. Planul cuprinde 3 etape pentru o perioada de aproximativ 40 de ani:

Etapa 1: De la terminarea Pasului 2 pana la inceperea indepartarii combustibilului ars din piscina de combustibil ars. (tinta este de aproximativ 2 ani)

Pe langa lucrarile necesare pregatirii pentru indepartarea combustibilului, aceasta etapa va include cercetarea si dezvoltarea necesara indepartarii combustibilului si inceputul investigatiilor on-site.

Etapa a 2-a: De la sfarsitul Etapei 1 pana la inceputul indepartarii combustibilului deteriorat. (Tinta este de aproximativ 10 ani);

In aceasta etapa se va face intens cercetare si dezvoltare in privinta indepartarii combustibilului deteriorat si lucrari pentru etansarea anvelopei interioare si chiar a vasului de presiune

Aceasta etapa va fi impartita in etapa de inceput, mijloc si etapa finala, pentru a se vedea progresul.

Etapa a 3-a: De la sfarsitul Etapei 2 pana la sfarsitul dezafectarii. ( tinta este de 30-40 ani)

Aceasta este etapa in care se implementeaza tehnicile de inlaturare a combustibilului deteriorat.

Pentru a se realiza un progres stabil pentru dezafectare, Planul de Cercetare si Dezvoltare[2] a fost de asemenea discutat si adoptat. In urmatoarele zone, 18 proiecte de Cercetare si Dezvoltare vor avea provocari tehnice pentru lucrarile de dezafectare:

Inlaturarea combustibilului deteriorat din piscina de combustibil ars:

Inceperea inlaturarii combustibilului de la Unitatea 4 in aproximativ 2 ani de la terminarea Pasului 2 (sfarsitul lui 2013);

Inceperea inlaturarii combustibilului de la Unitatea 4 in aproximativ 3 ani de la terminarea Pasului 2 (sfarsitul lui 2014);

Pentru Unitatea 1, dezvoltarea unui plan specific de inlaturare a combustibilului, bazat pe experienta de la Unitatile 3 si 4;

Pentru Unitatea 2, dezvoltarea unui plan specific de inlaturare a combustibilului bazat pe situatia existenta in urma decontaminarii si investigarii instalatiilor.

Terminarea inlaturarii combustibilului pentru toate unitatile in timpul etapei 2.(sfarsitul etapei);

Determinarea metodelor de reprocesare si stocare pentru combustibilul inlaturat in Etapa 2. (sfarsitul etapei);

Procesarea si inlaturarea deseurilor radioactive:

Forma si cantitatea deseurilor vor fi identificate pana la finalul anului 2014;

Conceptul de inlaturare va fi creat in Etapa 2 pe baza rezultatelor.

Puncte cheie pentru procesarea si inlaturarea deseurilor radioactive[2]:

Scopul este de a transporta aceste deseuri la locuri de depozitare la sfarsitul Etapei 3, impreuna cu deseurile generate de lucrarile de demolare. Aceasta zona va fi in continuare analizata,reflectand rezultatele cercetarii:

Confirmarea conform careia conceptele actuale de depozitare se potrivesc formei deseurilor (Etapa 2 – mijloc);

Confirmarea securitatii nucleare in timpul procesarii si depozitarii deseurilor (Etapa 2 – sfarsit);

Confirmarea caracteristicilor deseurilor solide (Faza 3);

Instalarea echipamentelor de procesare a deseurilor solide (Etapa 3)

Inlaturarea combustibilului deteriorat din reactoare:

Inceperea inlaturarii combustibilului la Unitatea 1 in aproximativ 10 ani de la completarea Pasului 2;

Cercetare si dezvoltare privind metode de lucru, dezvoltare de echipamente si alte teme ce vor fi implementate pentru realizarea planului. Implementarea planului va include demonstratii ale tehnologiilor produse pe baza cercetarii anterioare;

Vor fi folosite produsele rezultate in urma dezvoltarii unei tehnologii de decontaminare controlata de la distanta ce ar trebui terminata pana la sfarsitul anului 2013. Aceasta tehnologie va fi folosita pentru a decontamina in cladirea reactorului, iar pe baza ei se va dezvolta o noua tehnologie care va permite identificarea scurgerilor din anvelopa de otel.

Puncte cheie privind inlaturarea combustibilului deteriorat:

Urmatoarele puncte cheie sunt create ca urmare a situatiei on-site, in total exista 10 puncte pentru cercetare si dezvoltare.

Determinarea metodelor de reparare a anvelopei de otel (PCV) si a vasului reactorului, determinarea metodelor de oprire a scurgerilor de apa (Etapa 2 – inceput);

Terminarea inundarii partii inferioare a PCV (Etapa 2 – mijloc);

Determinarea metodelor pentru repararea partilor superioare ale PCV (Etapa 2 – mijloc);

Terminarea inundarii partii superiare a PCV (Etapa 2 – sfarsit).

Determinarea metodei de indepartare a combustibilului deteriorat si finalizarea containerelor pentru depozitarea acestuia (Etapa 2 – sfarsit);

Determinarea metodelor de procesare / depozitare (Etap 3).

SCURGERILE DE APA DE LA FUKUSHIMA

Introducere

Pentru a se scoate combustibilul nuclear intr-un stadiu in care functiile de baza ale vasului de presiune si ale anvelopei primare sunt pierdute, anvelopa primara trebuie reparata pentru a se restabili functiile de baza. Anvelopa urmeaza a fi umpluta cu apa pentru a putea proteja de radiatii.

In vecinatatea anvelopei exista doze mari de radiatii si spatii inguste. Mai mult, partea inferioara a anvelopei este inundata.

Detalii privind scurgerea de apa

Principalele scurgeri de apa la reactoarele avariate de la Fukushima sunt la camera uscata (Drywell), Camera de reducere a presiunii (Supression Chamber) si in camera torului (Torus Room)[3]. Pentru a se putea rezolva problemele din aceste zone este nevoie sa se dezvolte echipamente si tehnici speciale.

In fiecare zona cu probleme, in afara de nevoia unor roboti rezistenti la radiatii, va fi necesara o tehnologie speciala care sa permita oprirea scurgerilor de apa de la obiecte ce au forme complexe, sa creeze o etansare pentru apa cu o durata de cel putin 20 ani sub dose mari de radiatii si sa poata fi controlata de la distanta.

Camera uscata (Drywell)

Trecerile electrice

Fig. 2.1. Problema de la trecerile electrice[3]

Una din problemele de la camera uscata sunt trecerile electrice. In acele locuri exista scurgeri de apa ce trebuiesc oprite. Mai multe detalii despre reparatii sunt prezentate in imaginile de mai sus.

Trapa pentru echipamente

A doua problema in camera uscata este reprezentata de trapa pentru echipamente. In aceasta zona exista o scurgere de apa ce va fi foarte greu de oprit datorita dimensiunilor mari a pieselor ce trebuiesc reparate[3]. Mai multe detalii sunt prezentate in imaginile de mai jos:

Fig. 2.2. Problema de la trapa echipamentelor[3]

Camera de reducere a presiunii si camera torului

In aceasta parte a reactorului scurgerile de apa sunt foarte greu de oprit datorita dozelor foarte mari de radiatii. Pentru a oprii aceste scurgeri este necesara construirea unui robot rezistent la radiatii. Acest robot ar trebuii sa perforeze un perete de beton, o placa de otel si apoi sa opreasca scurgerea de apa[3]. Ultima operatie va fi facuta in apa. Toate aceste manevre ar trebui sa fie facute controland robotul de la distanta. Mai multe detalii despre aceste operatiuni pot fi gasite in urmatoarele imagini:

Fig. 2.3. Problemele de la camera de reducere a presiunii si camera torului[3]

Situatia actuala a planului de dezafectare

Introducere

Actualizarea transmisa de TEPCO la data de 30 Iunie 2016[4] prezinta situatia lucrarilor la zi, noile provocari ingineresti si planul de actiune in viitorul apropiat.

Principalele lucrari care trebuie realizate intr-un timp cat mai scurt sunt[4]:

Inlaturarea combustibilului ars din piscina de combustibil :

*FHM= Masina pentru manipularea combustibilului (Fuel Handling Machine)

Fig. 2.4. Etape privind inlaturarea combustibilului ars din piscina de combustibil

Inlaturarea combustibilului topit :

Fig. 2.5. Etape privind inlaturarea combustibilului topit

Dezafectarea instalatiilor

Fig. 2.6. Etape privind dezafectarea instalatiilor[4]

Conditiile din reactor

Temperaturile din reactor :

Datorita racirii continue a reactorului prin injectie de apa, temperatura vasului reactorului (partea inferioara)[4] si temperatura aerului din anvelopa interioara au fost mentinute in intervalul 15 – 35 grade C. Temperatura a variat in functie de unitate si de locatia termocuplului.

Fig. 2.7. Temperaturile inregistrate in RPV si PCV [4]

Eliberarea de materiale radioactive :

Densitatea materialelor radioactive ce au fost eliberate in aer din cladirile reactoarelor 1-4, masurata la limita amplasamentului[4] a fost evaluata la aproximativ 1.1 x 10-11 Bq/cm3 pentru Cs-134 si 4.4 x 10-11 Bq/cm3 pentru Cs-137. Doza de expunere la radiatie datorita eliberarii de materiale radioactive a fost mai mica de 0.00062 mSv/an la limita amplasamentului.

Alti parametri :

Nu au existat modificari semnificative ale parametrilor, incluzand presiunea si densitatea radioactivitatii in PCV. De asemenea nu a fost identificat nici un semn de criticalitate a reactorului. Bazat pe cele de mai sus, a fost confirmat ca starea de oprire rece a fost mentinuta si reactoarele au ramas in conditie stabila.

Progresul lucrarilor pentru principalele planuri

Planul de racire a reactoarelor :

Se continua mentinerea reactoarelor in oprire rece, prin injectia de apa de racire. De asemenea se asigura monitorizarea parametrilor importanti pentru a se putea mentine reactoarele in stare stabila.

Planul de tratare a apei acumulate :

Pentru a nu se creste cantitatea de apa contaminata datorita afluxului de apa subterana, au fost luate masuri pentru a se preveni infiltrarea apei subterane in reactoare. In acelasi timp se lucreaza la imbunatatirea capabilitatii de decontaminare a apei si la pregatirea de noi instalatii pentru a controla aceasta apa.

Planul de a inlaturare a combustibilului ars :

Lucrarile privind inlaturarea combustibilului ars au un progres continuu. Inlaturarea combustibilului uzat din Reactorul 4 a inceput pe 18 Noiembrie 2013 si s-a terminat pe 22 Decembrie 2014..

Planul pentru inlaturarea combustibilului topit :

Pe langa decontaminarea PCV pentru ca aceasta din urma sa devina mai accesibila, au fost dezvoltate tehnologii si au fost adunate datele necesare pentru a se putea pregatii inlaturarea combustibilului topit.

Progresul pentru dezafectare

Conform Planului pe termen mediu si lung pentru dezafectare, obictivul Fazei 1 era inceperea inlaturarii combustibilului ars din piscina de combustibil. Pe data de 18 Noiembrie 2013 a inceput inlaturarea combustibilului ars din Reactorul 4 (finalizata pe 22 Decembrie 2014) si in acelasi timp a inceput si Faza a 2-a a planului.

Obiectivul imediat este inceperea R&D si a decontaminarii pentru a se putea inlatura combustibilul topit. O demonstratie a echipamentelor de decontaminare a avut loc la inceputul anului 2014. Urmatoarele metode au fost incercate :

Decontaminarea prin aspiratie si sablare;

Decontaminare prin sablare cu gheata carbonica;

Decontaminare cu ajutorul jeturilor de apa cu presiune ridicata.

Pentru a se asigura o injectie continua de apa de racire, la Unitatea 1 se vor instala puncte de injectie in conductele ce au fost folosite pentru injectia de azot in RPV. De asemnea, se cauta in continuare noi puncte de injectie apa.

Situatia actuala pentru cele 4 unitati poate fi observata in figurile de mai jos :

Fig. 2.8. Situatia actuala la reactoarele de la Fukushima[4]

Pentru a se putea trece la inlaturarea combustibilului topit, TEPCO face eforturi pentru a gasi scurgerile de apa si pentru a identifica zona in care se afla topitura. Dupa identificarea punctelor de curgere, va incepe etapa de dezvoltare si cercetare pentru a se identifica o noua tehnologie ce va permite oprirea scurgerilor.

ETANSAREA CU METALE LICHIDE – studiul initial

Introducere

Conform celor de mai sus se poate observa ca una din cele mai importante lucrari de cercetare dezvoltare pentru dezafectarea centralei este gasirea unei noi tehnologii de oprire a scurgerilor de apa. In incercarea de a veni in ajutorul TEPCO, ideea propusa este de a folosi metalele lichide pentru etansarea scurgerilor. Acest procedeu de etansare prezinta avantaje fata de metodele conventionale :

Poate fi comandat de la distanta;

Se poate controla solidificarea

Consum redus de materiale;

Materialele folosite au proprietati bine cunoscute;

Instalatie de injectie simpla.

Aceasta metoda de etansare respecta cerinta TEPCO de a se putea comanda de la distanta. In plus, o caracteristica foarte importanta este controlul solidificarii, fapt ce duce la un consum redus de materiale. Tinand cont ca materialul folosit va fi un metal aflat in stare lichida la temperatura de maxim 100 grade C solidificarea acestuia poate fi controlata prin controlul temperaturii.

Urmatorii factori pot influenta solidificarea metalului lichid :

Temperatura apei de racire prezenta in reactor;

Nivelul de apa din reactor;

Temperatura partii ce necesita etansare;

Temperatura de injectie a metalului lichid;

Debitul de metal lichid;

Viteza de injectie.

Din factorii enumerati mai sus, temperatura si nivelul apei din reactor nu pot fi modificati si vor reprezenta date de intrare fixe. Restul factorilor pot fi modificati pentru a controla solidificarea metalului lichid. Un lucru foarte important este alegerea unui debit optim astfel incat temperatura de injectie a metalului lichid sa nu depaseasca 100 grade C. Depasirea acestei temperaturi va duce la vaporizarea locala a apei si va destabiliza jetul de metal lichid. Astfel in loc de obtinerea unei etansari netede, metalul lichid solidificat va avea o forma grunturoasa greu de verificat pentru etansare.

Pentru a verifica daca se poate folosi metal lichid pentru etansare un prim studiu initial a fost realizat.

Descriere experimente

Pentru a investiga capacitatea de solidificare a metalului lichid si pentru a demonstra ca se poate folosi pentru a opri scurgerile de apa, o instalatie speciala a fost proiectata si construita.

Instalatia a fost proiectata tinand cont de metalul lichid ce va fi folosit si de proprietatile sale. Pentru studiul initial s-a ales ca metal lichid Galiul.

Galiul este un element chimic care nu se gaseste in natura si este extras ca un produs secundar de la productia de aluminiu si zinc. Este un metal moale de culoarea argintului, folosit in productia de semiconductori si de asemenea pentru a crea oglinzi. Galiul se dilata cu 3,1% cand se solidifica si de aceea trebuie evitata stocarea lui in containere de sticla sau metal.

Tabelul 3.2. Galiul – proprietati

Pentru acest experiment a fost ales Galiul[1] datorita punctului scazut de topire (29,76 grade C vs. 125 grade C pentru Pb-Bs). In cazul reactorilor nucleari Galiul nu poate fi folosit pentru a opri scurgerile de apa deoarece punctul de topire este foarte scazut. In acest caz se va utiliza Pb-Bs sau Woods’ Metal, metale cu un punct de topire mai ridicat decat temperatura apei de racire din reactoarele de la Fukushima.

Instalatia a fost proiectata pentru a se utiliza cu Galiu, iar in cazul in care se va dori inlocuirea metalului lichid vor trebui facute cateva modificari.

Fig. 3.1. Galiu solid Fig. 3.2. Galiu lichid

Proiectarea instalatiei a tinut cont de toate cerintele impuse de folosirea Galiului ca metal lichid.

Mai jos se poate vedea schema instalatiei:

Fig. 3.3. Desenul instalatiei experimentale

1 – Intrare Galiu: Aceasta intrare va fi folosita dupa fiecare test pentru a introduce Galiul inapoi in instalatie. Intrarea va fi incalzita la 50 grade C pentru a preveni solidificarea metalului lichid pe conducte. Aceasta intrare contine si o vana, proiectata sa reziste la o temperatura maxima de 100 grade C.

2 – Intrare Gaz: Intrarea va fi folosita pentru a presuriza Galiul si al face astfel sa curga prin instalatie de la rezervorul de Galiu la rezervorul de test. Intrarea este conectata la o butelie de N2 prin intermediul unei tevi de uretan si a unei vane. Tinand cont ca aceasta intrare este destinata doar gazului,nu este necesara incalzirea ei.

3 – Rezervorul de Galiu: Va fi un rezervor din otel inoxidabil cu un volum interior de 120 centimetri cubi. Rezervorul va fi incalzit iar un termocuplu va fi inserat in partea inferioara pentru a se masura temperatura Galiului. Metalul lichid va intra in rezervor prin partea superioara si va fi mentinut in acesta de o vana aflata in partea inferioara a rezervorului.

4 – Vana de aerisire: Aceasta vana este necesara datorita dimensiunilor reduse ale tevilor (1/4”) si fluidului folosit. Daca aceasta vana nu ar exista, galiul nu ar putea cobora in rezervor deoarece nu ar exista o cale pe unde aerul ar iesi afara.

5 – Iesire Galiu: Aceasta iesire contine o vana care permite mentinerea galiului in rezervor sau injectarea lui atunci cand vana este deschisa. Deoarece iesirea este incalzita, vana este proiectata sa reziste la temperaturi inalte.

6 – Teava de uretan: In continuarea iesirii Galiului din rezervor, o teava de ¼” din uretan este folosita pentru a conecta aceasta iesire la intrarea in rezervorul de test. Deoarece aceasta teava rezista la o temperatura maxima de 80 grade C, este necesar un termocuplu care sa masoare temperatura firului incalzitor. Daca temperatura acestui fir depaseste 80 grade C, este posibil ca la punctele de contact sa apara topirea tevii. Este folosita o teava de uretan deoarece confera flexibilitate sistemului si astfel se poate regla distanta de injectie.

7 – Linie auxiliara de gaz: Aceasta linie este folosita pentru a curata liniile de Galiu la sfarsitul fiecarui experiment. Este echipata cu o vana normala cu 2 pozitii (inchis/deschis). Aceasta linie este conectata la butelia de N2.

8 – Intrarea in rezervorul de test: Este formata dintr-o teava de 1/4”din otel inoxidabil care intra in rezervorul de test. Aceasta linie va injecta Galiul peste placa de test. La sfarsitul liniei se afla duza de injectie, o duza cu diametrul interior de 2 mm. Prin partea superioara a acestei linii se va introduce un termocuplu care va masura temperatura Galiului la iesire.

9 – Rezervorul de test: Este un rezervor din otel inoxidabil cu 2 ferestre pentru a putea vedea ce se intampla in interior. In interiorul rezervorului se va fixa placa de test si un termocuplu care va masura temperatura apei/aerului.

10 – Vana de eliberare: Aceasta vana este folosita pentru a elibera presiunea ce poate sa apara atunci cand rezervorul este umplut cu apa.

11 – Placa de test: Este o placa speciala fabricata din otel inoxidabil ce va avea un orificiu in mijloc. Acest orificiu va reprezenta punctul de scurgere si va trebui acoperit cu metal lichid. Conform studiilor de solidificare ale metalului lichid, pentru a putea acoperii orificiul, va fi nevoie de un sistem de racire care sa reduca temperatura placii.

12 – Rezervorul inferior: Este un rezervor de apa deschis, care va fi folosit ca rezervor de apa pentru pompa ce va injecta apa in sistem. De asemenea apa ce iese din instalatie se intoarce tot in acest rezervor.

13 – Capcana: Scopul acestei capcane este de a “prinde” Galiul ce trece prin orificiul placii de test si de a lasa apa sa se intoarca in rezervorul inferior. La capatul inferior al capcanei va exista o vana care va permite ajustarea sau blocarea debitului de apa.

14 – Linia de apa: Aceasta linie conecteaza prin intermediul unei pompe rezervorul inferior la rezervorul de test.

15 – Pompa: Este folosita pentru a injecta apa in rezervorul de test;

16 – Vana: Vana permite ajustarea debitului de apa;

17 – Intrarea in placa de test: Este folosita pentru a injecta apa de racire in placa de test;

18 – Iesire din placa de test: Este folosita pentru a recupera apa injectata in placa de test;

19 – Pompa de racire: Cu ajutorul acestei pompe este injectata apa de racire in placa de test;

20 – Rezervor de racire: Este rezervorul de apa al pompei de racire;

21 – Manometru mecanic: Acest manometru este folosit pentru a se citi presiunea de injectie a Galiului;

22 – Linie de gaz: Aceasta linie conecteaza butelia de N2 la intrarea de gaz si la linia auxiliara de gaz;

23 – Traductor de presiune: Cele doua linii ale traductorului vor fi legate la linia de Galiu. Intre punctele de legare va fi instalat un orificiu, astfel va aparea o diferenta de presiune si debitul de Galiu va putea fi masurat.

Un lucru foarte important a fost construirea placii de test, ce a constat din taierea la dimensiunile dorite a unei placi dintr-un bloc de alama sau otel inoxidabil. In cazul alamei, placa a putut fi facuta in totalitate in laborator, deoarece fiind un material moale orificiile pentru termocuple au putut fi facute destul de usor cu aparatura existenta in laborator. Aceste orificii cu diametrul de 1 mm sunt foarte importante intrucat este nevoie de o adancime precisa pentru a obtine date precise.

Pentru racirea interna a placii de test a fost necesar gaurirea acesteia in trei locuri. Doua din ele au fost facute in lungul placii si una in latul placii conectand astfel celelalte doua orificii. Prin astuparea a 4 capete cu un opritor, s-a creat un sistem de racire sub forma de U.

Fig. 3.4. Opritor

Cele doua capete libere au fost folosite ca intrare si iesire pentru apa de racire. Pentru a putea conecta teava de ¼” la placa de test, capete ce constituiau intrarea si iesirea apei au fost marite in diametru astfel incat 1cm din lungimea tevii sa poata intra in ele. Pentru a etansa teava de placa de test, prima idee a fost sudarea tevii. Dupa nenumarate incercari nereusite, utilizand diferite metode (sudura in arc, sudura cu Ag), a devenit clar ca datorita materialelor diferite (otel inoxidabil si alama) si datorita proprietatilor diferite (ex. Coeficientul de transfer de caldura) este imposibila sudarea tevii de placa de test. In acest caz pentru etansare s-a folosit gel de silicon. Acesta a fost dat pe suprafata exterioara a tevilor si apoi tevile au fost introduse in placa. Silicon a fost de asemenea aplicat si la imbinarile dintre tevi si placa de test pentru o etansare mai buna. Pentru a putea introduce placa de test cu tevile aferente in bazinul de test, unul din cele doua geamuri de policarbonat au fost ingaurite. Dupa ce s-a creat filet interior la orificiile din geamul de policarbonat, au fost introduse doua mansoane care permiteau tevii sa treaca prin ele. Cu ajutorul unei piulite teava era etansata si astfel apa din bazinul de test nu se scurgea.

In cazul placii de otel inoxidabil, datorita duritatii materialului a fost imposibil sa se realizeze in laborator orificiile pentru termocuplu. Aceste orificii au fost facute cu laser de catre o firma specializata in acest domeniu. Pentru a putea realiza orificiile dupa cerintele noastre, a fost nevoie de desene tehnice detaliate.

Fig. 3.5. Desenele tehnice ale placii de test

Pentru a finaliza sistemul de racire interna a placilor de test a fost nevoie de un nou rezervor de apa si de o pompa. De aceasta data s-a ales o pompa submersibila care a fost conectata la placa de test. Iesirea din placa a fost conectata la noul rezervor de apa. Aceste conectari au fost conectari temporare, deoarece dupa fiecare experiment, placa de test a fost scoasa din bazin.

Pentru a raci placa de test pana la temperatura dorita, apa din bazinul de apa a fost racita cu gheata. Temperatura din acest bazin a fost monitorizata si injectia de apa de racire incepea atunci cand apa avea temperatura optima.

Deaorece fluidul folosit in instalatie a fost Galiu lichid, a fost nevoie de o monitorizare atenta a temperaturii pentru intreaga instalatie. Pentru a putea controla temperatura intregului sistem, s-a facut un sistem din termocuple si rezistente electrice tip cablu . Acestea din urma au fost conectate la uncontroller manual si au fost impartite pe mai multe sectiuni. Primul segment de incalzire a fost de la intrarea de Galiu pana la intrarea in rezerorul de Galiu, al 2-lea a fost incalzirea rezervorului de Galiu, al 3-lea incalzirea teviide uretan, iar ultimul segment a fost de la sfarsitul tevii de uretan pana la intrarea in rezervorul de test. Fiecare sectiune a fost echipata cu termocuple pentru monitorizarea temperaturii. Primul termocuplu a fost utilizat pentru a masura temperatura la intrarea Galiului. Pentru rezervorul de Galiu au fost folosite doua termocuple, unul exterior pentru a masura temperatura exterioara a rezervorului si unul interior care a fost introdus prin partea inferioaraa rezervorului pentru a masura temperatura Galiului. Al 4-lea termocuplu a fost folosit pentru a masura temperatura rezistentei electrice de tip cablu care incalzea teava de uretan. Acest termocuplu a fost necesar deoarece daca cablul incalzitor depasea temperatura de 80 grade C ar fi putut topii teava de uretan la punctul de contact. Cel de-al 5-lea termocuplu a fost fixat pe vana de la intrarea in bazinul de test, al 6-lea a fost introdus printr-o conexiune T pe teava care are rol de intrare in bazinul de test, pentru a masura temperatura de injectie a Galiului, iar ultimul termocuplu a fost folosit pentru a masura temperatura apei din interiorul rezervorului de test.

Toate aceste termocuple au fost conectate la un echipament de achizitie date (CADAC). Viteza de citire a fost setata la doua citiri pe secunda deoarece temperaturile citite de CADAC erau necesare doar pentru a tine Galiul in stare fluida si pentru a masura temperatura de injectie a acestuia. Echipamentul de achizitie date era prevazut cu o jonctiune rece electronica, astfel ca termocuplele au putut fi conectate direct. Tot la CADAC a fost conectat si traductorul de presiune, dupa ce in prealabil semnalul de la traductor a fost conectat la un amplificator dedicat ce era apoi conectat la CADAC.

Pentru a citi temperatura apei care facea parte din sistemul de racire interna s-a utilizat un termometru electronic portabil. Acest termometru permitea conectarea unui termocuplu special care apoi era inserat in rezervorul cu apa si geata. Acest tip de termometru a fost foarte folositor deoarece se putea citi temperatura la aspiratia pompei si de asemenea temperatura apei la iesirea din placa. Valorile inregistrate de acest aparat au avut rol orientativ.

Temperatura placii de test a fost masurata cu termocuple de sensibilitate ridicata. Aceste termocuple au fost prima oara inserate prin geamul de policarbonat si apoi introduse in orificiile speciale din placa de test. Orificiile au fost de doua dimensiuni, dupa cum urmeaza:

2 orificii cu adancimea de 19 mm;

2 orificii cu adnacimea de 15 mm;

Pentru a fi siguri ca varful termocuplului atinge placa si nu exista o bula de aer care ar conduce la citirea unor date eronate, inainte de introducerea termocuplurilor, in orificiile din placa s-a injectat o pasta termoconductoare cu un coeficient de conductie de 20W/m. Apoi, termocuplurile au fost fixate pe pozitie cu ajutorul gelului siliconic, gel care a fost folosit si pentru etansarea orificiului facut in policarbonat.

Fig. 3.6. Conectarea termocuplului la placa alama – vedere laterala

Fig. 3.7. Conectarea termocuplului la placa de alama – vedere de jos

Aceste termocuple au fost conectat la un echipament mai performant de achizitie date. A fost folosit un echipament TEAC ES8 cu ajutorul caruia s-au facut 50 de inregistrari pe secunda.

Numarul mare de inregistrari a fost necesar deoarece aceste date erau foarte importante pentru experiment. Cu toate ca acest echipament de achizitie date era foarte avansat, nu continea o jonctiune rece electronica. Termocuplele au fost prima oara conectate la o jonctiune rece si de acolo conectate la TEAC ES8 prin intermediul unor amplificatoare.

Fig. 3.8. Jonctiune rece

Jonctiunea rece este o cutie cu multiple conexiuni. Termocuplele au fost conectate la intrarea in aceasta cutie, iar apoi iesirea din cutie a fost conectata la amplificatoare. In interiorul cutiei se gaseste un cilindru ce trebuie umplut cu apa si gheata. Pentru a putea masura cat mai exact temperatura, amestecul de apa si gheata din cilindru trebuie sa aiba 0 grade C. In acest cilindru intra un alt cilindru din sticla prin care trec conexiunile cutiei.

Termocuplele masoara temperatura dintre doua puncte. Daca jonctiunea rece nu ar fi fost prezenta, temperatura masurata ar fi fost diferenta intre temperatura din mediu si temperatura din interiorul placii. Rolul jonctiunii reci este de a aduce unul din capetele termocuplului la 0 grade C si astfel temperatura indicata este chiar temperatura din interiorul placii.

Semnalul preluat de la jonctiunea rece a fost amplificat de 1000 de ori si apoi conectat la echipamentul de achizitie date.

Conectarea acestor termocuple la jonctiunea rece – amplificatoare – echipament achizitie date a fost ultimul pas din constructia instalatiei.

Pentu experiment au fost alese doua medii diferite in rezervorul de test, aer si apa. Presiunea de injectie a fost setata de la butelia de Azot la maxim 1,5 bar.

In operare normala, prima oara se poarneau rezistentele electrice de tip cablu pentru a incalzi tevile si rezervorul de Galiu. Dupa aproximativ 45 minute cand temperatura Galiului ajungea la aproximativ 40 grade C, se facea un test injectand tot Galiul din rezervor (120 cm2) intr-un recipient de plastic. Daca instalatia functiona corect Galiul era turnat inapoi in rezervor, placa de test era introdusa in rezervorul de test si se pornea racirea placii de test. Dupa ce se astepta aproximativ 1 minut pentru ca placa de alama si aproximativ 5 minute pentru ca placa de otel inoxidabil sa se raceasca, Galiul era injectat din nou.

Procedura de injectie este:

Se verifica daca toate vanele sunt inchise cu exceptia vanei de eliberare a rezervorului de test care trebuie deschisa.

Daca mediul este apa, vana capcanei ar trebui sa fie inchisa;

In functie de tipul experimentului se opreste sau nu racire placii de test;

Se deschide vana de iesire Galiu;

Se verifica daca Galiul ajunge la teava de uretan;

Se deschide maxim vana de intrare gaz. Injectia incepe la presiunea de 1,5 bar;

Dupa 10 secunde se opreste injectia inchizand vana de intrare in rezervorul de test;

Se inchide vana de intrare gaz;

Se elibereaza presiunea deschizand vana de aerisire a rezervorului de Galiu

Toti parametri, precum temperatura apei, debit, temperatura in interiorul placii, sunt inregistrati de ecipamentele de achizitie date. Experimentul se face pentru doua placi diferite, Alama si Otel inoxidabil, in patru conditii diferite: mediu de apa cu sau fara racire si mediu de aer cu sau fara racire.

Dupa salvarea datelor inregistrate, geamul de policarbonat era scos iar placa de test era curatata de Galiul solidificat. Apoi instalatia era presurizata din nou pentru a elimina ramasitele de Galiu. Metalul lichid care trecea prin orificiul placii si acela care curgea in urma curatarii tevilor, era prins in capcana de Galiu. La sfarsitul fiecarui experiment, capcana era inlaturata si cu ajutorul apei fierbinti Galiul era topit si turnat inapoi in rezervorul de Galiu. Dupa remontarea capcanei, instalatia era pregatita pentru un nou experiment.

Parametrii care au fost masurati in timpul experimentului sunt urmatorii:

Debit de Galiu;

Temperatura apei din rezervorul de test;

Nivelul apei din rezervorul de test;

Temperatura Galiului la iesire;

Temperatura in interiorul placii de test;

Lungimea de penetratie;

Pentru o mai buna intelegere a experimentului si a parametrilor masurati se poate observa figura de mai jos:

Fig. 3.9. Vedere din fata a rezervorului de test

In Fig. 3.23. este reprezentata vederea din fata a rezervorului de test. In partea inferioara se poate observa placa de test. De asemenea sunt reprezentate si cele 4 termocuple folosite pentru a masura temperatura din interiorul placii. Jetul de Galiu a fost desenat tinand cont de observatiile experimentale existand o acumulare de Galiu peste placa, insa o anumita cantitate de Galiu intra si se solidifica in orificiul central. Distanta parcursa de Galiu in interiorul orificiului pana la solidificare reprezinta distanta de penetratie si a fost masurata pentru fiecare experiment. In anumite cazuri, Galiul reusea sa strabata intreg orificiul iar solidificarea aparea mai tarziu. O anumita cantitate de Galiu care reuseste sa treaca de orificiu va ajunge in iesirea de Galiu si va fi preluata de “Capcana de Galiu”. Dupa fiecare experiment Galiul din capcana era topit din nou si reintrodus in instalatie. In experimentele ce foloseau apa ca mediu, exista un strat de apa de 5 cm inaltime, peste placa de test, iar Galiul era injectat de la suprafata de contact dintre teava si apa. Temperatura apei a fost inregistrata cu ajutorul unui termocuplu.

Rezultate experimentale

Comparatia temperaturilor

Dupa analizarea tuturor datelor s-a observat o mare diferenta intre datele obtinute pentru placa de alama si datele obtinute pentru placa de otel inoxidabil.

Fig. 3.10. Comparatia temperaturilor in conditie de racire continua

In Fig. 3.26. se poate observa diferentele de temperatura dintre placa de alama si placa de otel inoxidabil. In cazul placii de alama temperatura a fost in mod significant mai scazuta. De asemenea in cazul mediului de apa temperatura este mai scazuta decat in cazul mediului de aer.

Fig. 3.11. Comparatia temperaturilor in mediu de aer

In Fig. 3.27. se poate observa ca temperatura maxima este mai mare in cazul in care nu este utilizata racirea si de asemenea in acest caz descresterea temperaturii este foarte lenta. In cazul racirii continue, imediat dupa atingerea temperaturii de varf (sfarsitul injectiei) are loc o descrestere brusca.

In cazul placii de otel inoxidabil, se poate vedea ca daca nu este folosita racirea continua, temperatura descreste chiar mai lent decat in cazul placii de alama. De asemenea, in cazul raciri continue se poate observa o descrestere a temperaturii mai rapida in cazul placii de alama decat in cazul placii de otel inoxidabil.

Fig. 3.12. Comparatia temperaturilor in mediu de apa

Din Fig. 3.28. se poate observa diferentele de temperatura atunci cand mediul folosit este apa. In aceasta situatie, temperatura maxima a fost mai mica decat in cazul utilizarii aerului ca mediu dar prezinta acelasi trend descrescator dupa injectie.

Fig. 3.13. Temperaturi maxime in conditie de racire continua

Fig. 3. 14. Temperaturi maxime in conditia de racire initiala

In Fig. 3.13. si 3.14. este reprezentata temperatura maxima pentru ambele placii in situatie de racire continua functie de grosimea peretelui ce despartea orificiul de termocuplu. Cresterea temperaturii este justificata de subtierea peretelui atunci cand diametrul orificiului era marit.

Lungimea de penetrare

Dupa fiecare experiment, placa de test erascoasa din bazinul de test si lungimea pe care Galiul o strabatea prin orificiu a fost masurata.

Fig. 3.15. Lungimea de penetrare pentru placa de alama

In Fig. 3.15. este reprezentata lungimea de penetrare functie de dimensiunea orificiului. Cea mai mica lungime a fost obtinuta atunci cand mediul folosit a fost apa si s-a utilizat racirea continua. In cazul in care mediul a fost aer s-a obtinut trecerea completa a Galiului prin orificiu. Cea mai buna conditie pentru a obtine penetrarea totala este mediu de aer si neutilizarea racirii continue. In cazul placii de otel inoxidabil, tot timpul s-a obtinut penetrare totala.

Fig. 3.16. Lungimea de penetratie functiede debit

In Fig. 3.16. se arata ca lungimea de penetratie depinde si de debitul de Galiu, nu doar de diamerul orificiului. Dupa cum se poate observa in graficul de mai sus, in cazul unui debit de 10 g/s lungimea de penetrare a fost de 13mm, iar in cazul unui debit de 17 g/s, lungimea de penetrare a fost de 25 mm.

Vedere de sus b) Galiul care a penetrat

Fig. 3.17. Solidificarea Galiului pe placa de Alama

In Fig. 3.17. (a) se poate observa cum Galiul se solidifica peste placa de alama, iar in Fig 3.17. (b) se poate observa lungimea de penetratie.

In cazul experimentelor facute pe placa de otel inoxidabil, s-a observat o mai buna aderenta a Galiului la aceasta placa in mediu de aer. In mediul de apa, chiar daca penetrarea a fost completa aderenta Galiului la palca nu era foarte buna in comparatie cu mediul de aer unde Galiul era foarte greu de inlaturat. In cazul placii de alama, aderanta Galiului nu a fost foarte buna.

Concluzii

Pentru a putea fi capabili sa oprim scurgerile de apa cu metale lichide, ar trebui luate in considerare descoperirile recente facute in studiul initial. Cea mai buna conditie pentru a repara o scurgere este de a avea mediu de apa si racire continua a piesei ce trebuie reparata. In acest caz lungimea de penetrare a fost cea mai scurta. De asemenea, pentru a asigura o lungime de penetrare mica, debitul de metal lichid trebuie sa fie scazut. In conditii reale, scurgerea de apa poate fi foarte mare iar pentru a o acoperii cu metal lichid ar fi mai bine daca s-ar putea crea un mediu de aer, pentru ca metalul lichid sa nu fie luat de apa si astfel sa se impiedice solidificarea in locul optim.

In cazul orificiilor mari si foarte mari este necesara folosirea unui „plasture” de metal. Primul pas consta in aplicarea plasturelui de otel inoxidabil peste orificiu si racirea sa. Cand „plasturele” si componentele cheie au ajuns la temperatura dorita, se poate injecta metal lichid pentru a fixa „plasturele” si a opri scurgerea.

Aceasta tehnica de oprire a scurgerilor este o noua si promitatoare metoda. Acest studiu preliminar a demonstrat ca este posibil sa se opreasca scurgerile de apa utilizand metal lichid si ca este foarte usor de folosit acest material in locul materialelor clasice precum betonul care are nevoie de un timp indelungat pentru solidificare. Pentru a se putea dezvolta o noua tehnologie bazata pe aceasta metoda, sunt necesare noi studii unde se va folosi Pb-Bi ca metal lichid.

Studiul initial a fost necesar pentru a demonstra ca ideea de a folosi metale lichide pentru etansare este buna. In urma experimentelor s-a dovedit ca metalul lichid (Ga in cazul studiului initial) poate fi folosit cu succes pentru etansarea scurgerilor de apa in cazul in care temperatura mediului ambiant nu depaseste temperatura de topire a metalului folosit.

In continuare, este necesara alegerea metalului lichid ce va fi propus pentru utilizare, si de noi experimente mai apropiate de conditiile din reactor (temperatura apei/placii).

Noile experimente vor fi necesare pentru studierea mai amanuntita a fenomenului de solidificare si este recomandata utilizarea unei camere rapide pentru a putea intelege si observa mai bine si fenomenul de curgere bifazica intre apa si metal lichid.

Dupa realizarea noilor experimente, pe baza rezultatelor si a datelor obtinute, o analiza CFD va fi necesara. Se doreste ca modelul CFD creat sa poata fi folosit pentru aflarea parametrilor necesari injectiei de metal lichid in reactor. Astfel, modelul va fi folosit pentru aflarea temperaturilor optime de injectie, a debitului si a vitezei jetului de metal lichid in functie de conditiile din reactor.

Etansarea cu metale lichide – Studiul final

Introducere

Studiul initial, in care s-a utilizat Galiu, a demonstrat ca metalul lichid poate fi utilizat pentru astuparea unui orificiu si implicit pentru oprirea scurgerilor de apa prin orificiul respectiv. Experimentele au aratat ca deosebit de importanti sunt parametrii precum temperatura de injectie a metalului lichid, temperatura apei din rezervor, temperatura piesei care trebuie reparata (placa de otel inoxidabil), viteza de injectie a metalului lichid si, implicit, debitul acestuia.

Conform informatiilor publicate de TEPCO, prezentate in raportul anterior, temperatura apei in reactoarele de la Fukushima este de aproximativ 25-30 oC. Pentru a raspunde cerintelor de temperatura, metalul ales pentru a fi utilizat la oprirea scurgerilor de apa ar trebui sa aiba un punct de topire mai mare de 30 oC si mai mic de 100 oC.

Mediul ales pentru experimente trebuie sa corespunda conditiilor din reactor. Astfel, conform informatiilor publicate de TEPCO, in momentul de fata exista mediu de apa si aer. Apa este pompata neincetat pentru a raci reactoarele. Camera torului si partea inferioara a anvelopei sunt inundate. In camera torului exista puncte de scurgere ce trebuie reparate, astfel injectia va avea loc in apa. Pentru a ridica nivelul de apa din anvelopa, vor trebui rezolvate si etansarile de la ecluze si patrunderile electrice. Astfel, injectia de metal lichid va avea loc in mediu de aer.

In prima faza va fi studiata injectia de metal lichid in apa. Injectia metalului lichid in apa duce la crearea unor instabilitati asupra jetului de injectie. Acestea sunt instabilitatea Kelvin-Helmholtz si instabilitatea Rayleigh Taylor, instabilitati ce pot conduce la ruperea jetului de metal lichid in apa. Apoi se va studia si injectia in mediu de aer pentru a putea observa caracteristicile de solidificare ale metalului lichid si in aceasta situatie.

In noile experimente realizate, pe langa masurarea temperaturilor metalului lichid, a fost utilizata si o camera rapida pentru a putea inregistra si intelege mai bine formarea instabilitatilor si efectul pe care acestea il pot avea asupra injectiei de metal lichid in apa.

Pe baza informatiilor obtinute din experimente se vor putea trage concluzii referitoare la temperaturile optime de injectie si modul in care instabilitatiele pot afecta metoda de injectie.

Observarea caracteristicilor de curgere si solidificare ale metalului lichid reprezinta un obiectiv major pentru determinarea conditiilor optime de injectie.

Metoda experimentala

Introducere

Pentru a putea observa diferitele instabilitati si pentru a putea masura temperaturile metalului lichid si diferiti parametri de injectie o instalatie de test a fost proiectata si construita. Proiectarea si constructia s-au realizat la Tokyo Institute of Technology, in laboratorul Dl. Prof. Minoru Takahashi.

Scopul experimentelor a fost de a observa caracteristicile de curgere si solidificare ale metalului lichid atat in mediu de apa cat si in aer.

Au fost masurate temperaturile metalului lichid in diferite puncte, debitul de metal lichid si de asemenea cu ajutorul unei camere de viteza mare s-a inregistrat procesul de injectie pentru a putea observa mecanismul diferitelor instabilitati.

Inainte de reproiectarea instalatiei a trebuie ales metalul lichid optim pentru utilizarea cu aceasta tehnologie.

Alegerea metalului lichid

Metalul lichid ales a trebuit sa corespunda conditiilor actuale din reactoarele de la Fukushima. Cel mai important parametru este temperatura de topire, temperatura ce trebuia sa fie mai mare fata de temperatura apei, inregistrata in reactor si sa asigure si o marja pentru a preveni topirea accidentala in cazul cresterii temperaturii in reactor.

Conform datelor publicate de TEPCO si prezentate in raportul anterior temperatura medie a apei este de 30oC, cu o maxima de 40oC inregistrata in lunile de vara [5]. Conform graficelor prezentate s-a putut observa ca temperatura este influentata de temperatura apei de injectie, iar aceasta la randul ei este influentata de temperatura atmosferica. Astfel se inregistreaza o temperatura maxima a apei in lunile calduroase de vara si o temperatura minima in lunile de iarna.

Metalul lichid ales a trebuit sa aiba un punct de topire mai mare de 40oC, iar pentru evitarea aparitiei perturbatiilor mari asupra jetului a fost necesara o temperatura mai mica de 100oC. In cazul depasirii temperaturii de 100oC apare fierbere locala si o perturbare locala a jetului de metal lichid. Daca este posibil, se doreste evitarea acestui fenomen.

Metalul lichid ales a fost Wood’s metal. Acesta este un aliaj de Bismut, Plumb, Staniu si Cadmiu in urmatoarele proportii: 48%Bi – 26%Pb – 13%Sn – 13%Cd. Punctul de topire este de 72,3oC si se incadreaza in intervalul de temperatura dorit. Mai multe proprietati sunt prezentate in Tabelul 2.1.

Tabel . – Principalele proprietati ale Wood’s Metal [6]

Acest metal lichid este, in mod frecvent, folosit pentru umplerea tuburilor de metal subtiri ce trebuie indoite. Dupa ce metalul solidifica, tubul este indoit si astfel se previne distrugerea acestuia.

Alte utilizari sunt: metal de lipire cu punct scazut de topire si sigiliu ce se topeste in caz de incendiu, fiind gasit in stropitorile din cladiri.

In Figurile 2.1 si 2.2 poate fi observat Wood’s Metal in stare solida si lichida.

Figură . – Wood’s Metal in stare lichida

Figură . – Wood’s Metal in stare solida

Datorita compozitiei sale de Pb, Bi si Cd, metalul ales poate fi utilizat si ca scut de radiatii. Astfel poate fi folosit si pentru extragerea diferitelor fragmente de combustibil topit din reactoare, oferind o protectie in plus fata de „scutul” de apa.

Proiectarea instalatiei

Instalatia

Instalatia a trebuit reproiectata pentru a corespunde noilor cerinte ale metalului lichid si anume o temperatura mai ridicata. Astfel, plecand de la instalatia de injectie Galiu prezentata in figura 2.3, s-a ajuns la instalatia actuala de injectie denumita T-LMSOLID prezentata in figura 2.4.

Figură 2.3 – Instalatia de injectie Galiu [7]

1 – Intrare Galiu: Aceasta intrare va fi folosita dupa fiecare test pentru a introduce Galiul inapoi in instalatie. Intrarea va fi incalzita la 50 °C pentru a preveni solidificarea metalului lichid pe conducte. Aceasta intrare contine si o vana, proiectata sa reziste la o temperatura maxima de 100 °C;

2 – Intrare Gaz: Intrarea va fi folosita pentru a presuriza Galiul si a-l face astfel sa curga prin instalatie de la rezervorul de Galiu la rezervorul de test. Intrarea este conectata la o butelie de N2 prin intermediul unei tevi de uretan si a unei vane. Tinand cont ca aceasta intrare este destinata doar gazului, nu este necesara incalzirea ei;

3 – Rezervorul de Galiu: Va fi un rezervor din otel inoxidabil cu un volum interior de 120 cm3. Rezervorul va fi incalzit iar un termocuplu va fi inserat in partea inferioara pentru a se masura temperatura Galiului. Metalul lichid va intra in rezervor prin partea superioara si va fi mentinut in acesta de o vana aflata in partea inferioara a rezervorului;

4 – Vana de aerisire: Aceasta vana este necesara datorita dimensiunilor reduse ale tevilor (1/4”) si fluidului folosit. Daca aceasta vana nu ar exista, galiul nu ar putea cobori in rezervor deoarece nu ar exista o cale pe unde aerul sa poata patrunde in exterior;

5 – Iesire Galiu: Aceasta iesire contine o vana care permite mentinerea galiului in rezervor sau injectarea lui atunci cand vana este deschisa. Deoarece iesirea este incalzita, vana este proiectata sa reziste la temperaturi inalte;

6 – Teava de uretan: In continuarea iesirii Galiului din rezervor, o teava de ¼” din uretan este folosita pentru a conecta aceasta iesire la intrarea in rezervorul de test. Deoarece aceasta teava rezista la o temperatura maxima de 80 °C, este necesar un termocuplu care sa masoare temperatura firului incalzitor. Daca temperatura acestui fir depaseste 80 °C, este posibil ca, la punctele de contact, sa apara topirea tevii. Este folosita o teava de uretan deoarece confera flexibilitate sistemului si astfel se poate regla distanta de injectie;

7 – Linia auxiliara de gaz: Este folosita pentru a curata liniile de Galiu la sfarsitul fiecarui experiment. Este echipata cu o vana normala cu 2 pozitii (inchis/deschis). Aceasta linie este conectata la butelia de N2;

8 – Intrarea in rezervorul de test: Este formata dintr-o teava de 1/4”din otel inoxidabil care intra in rezervorul de test. Aceasta linie va injecta Galiul peste placa de test. La sfarsitul liniei se afla duza de injectie, o duza cu diametrul interior de 2 mm. Prin partea superioara a acestei linii se va introduce un termocuplu care va masura temperatura Galiului la iesire;

9 – Rezervorul de test: Este confectionat din otel inoxidabil, avand 2 ferestre pentru a putea vedea ce se intampla in interior. In interiorul rezervorului se va fixa placa de test si un termocuplu care va masura temperatura apei/aerului;

10 – Vana de eliberare: Aceasta vana este folosita pentru a elibera presiunea ce poate sa apara atunci cand rezervorul este umplut cu apa;

11 – Placa de test: Este o placa speciala fabricata din otel inoxidabil ce va avea un orificiu in mijloc. Acest orificiu va reprezenta punctul de scurgere si va trebui acoperit cu metal lichid. Conform studiilor de solidificare ale metalului lichid, pentru a putea acoperi orificiul va fi nevoie de un sistem de racire care sa reduca temperatura placii;

12 – Rezervorul inferior: Este un rezervor de apa deschis, care va fi folosit pentru pompa ce va injecta apa in sistem. De asemenea apa ce iese din instalatie se intoarce tot in acest rezervor;

13 – Capcana: Scopul acestei capcane este de a “prinde” Galiul ce trece prin orificiul placii de test si de a lasa apa sa se intoarca in rezervorul inferior. La capatul inferior al capcanei va exista o vana care va permite ajustarea sau blocarea debitului de apa;

14 – Linia de apa: Aceasta linie conecteaza, prin intermediul unei pompe, rezervorul inferior la rezervorul de test;

15 – Pompa: Este folosita pentru a injecta apa in rezervorul de test;

16 – Vana: Vana permite ajustarea debitului de apa;

17 – Intrarea in placa de test: Este folosita pentru a injecta apa de racire in placa de test;

18 – Iesire din placa de test: Este folosita pentru a recupera apa injectata in placa de test;

19 – Pompa de racire: Cu ajutorul acestei pompe este injectata apa de racire in placa de test;

20 – Rezervor de racire: Este rezervorul de apa al pompei de racire;

21 – Manometru mecanic: Acest manometru este folosit pentru a se citi presiunea de injectie a Galiului;

22 – Linie de gaz: Aceasta linie conecteaza butelia de N2 la intrarea de gaz si la linia auxiliara de gaz;

23 – Traductor de presiune: Cele doua linii ale traductorului vor fi legate la linia de Galiu. Intre punctele de legare va fi instalat un orificiu, astfel va aparea o diferenta de presiune si debitul de Galiu va putea fi masurat;

Figură 2.4 – Instalatia de injectie Wood’s Metal

1 – Rezervorul de Wood’s Metal: Rezervor sub forma de U din otel inoxidabil. Diametrul interior este de 25 mm. In partea superioara pentru fiecare ramura prezinta o flansa pentru prindere. Rezervorul a avut un punct de intrare pentru termocuplu in partea inferioara pentru a putea masura temperatura in interior. De asemenea a fost incalzit avand 2 rezistente electrice, iar partea inferioara a beneficiat si de o serpentina pentru racirea cu apa;

2 – Vana utilizata pentru injectia de metal lichid. Pozitia este normal inchisa si se actioneaza doar in momentul injectiei;

3 – Flansa din ramura dreapta a rezervorului de metal lichid. La aceasta flansa se conecteaza sondele pentru masurarea nivelului de metal lichid, linia de presurizare cu azot si 1 termocuplu pentru a putea masura temperatura in ramura dreapta.

4 – Flansa din ramura stanga a rezervorului de metal lichid. Aceasta flansa a fost conectata la un capac ce se putea scoate pentru a introduce metalul lichid inapoi in rezervor dupa fiecare experiment;

5 – Conducta de injectie metal lichid. Aceasta conducta a fost incalzita de o rezistenta electrica. Este o conducta din otel inoxidabil de ¼”;

6 – Rezervorul de test. Este un rezervor din otel inoxidabil cu doua ferestre din policarbonat. Prin partea inferioara intra conducta de injectie metal lichid. In partea inferioara se gaseste placa de test;

7 – Duza de injectie. A fost utilizata o duza din otel inoxidabil cu diametrul interior de 1,8 mm si lungime de 18 mm;

8 – Placa de test. In experimentele cu Wood’s Metal a fost utilizata doar placa din otel inoxidabil. Aceasta placa are un orificiu central de 5 mm, orificiu ce va trebui acoperit cu metal lichid;

9 – Rezervorul de apa primar. Este rezervorul in care ajungea metalul lichid care trecea prin orificiul placii de test fara sa se solidifice. De asemenea apa din acest rezervor a fost utilizata pentru a crea mediul de apa in timpul experimentelor;

10 – Pompa de injectie apa. A fost utilizata pentru a crea in rezervorul de test mediul de apa. Apa din rezervorul de apa primar a fost injectata in rezervorul de test sau, in cazul in care s-a dorit crearea unui mediu de apa calda, recirculata pana la atingerea temperaturii optime;

11 – Conducta injectie apa. Aceasta conducta a facut legatura intre rezervorul de apa primar, pompa de injectie apa si rezervorul de test. Aceasta conducta a fost echipata cu o rezistenta electrica pentru a fi incalzita in cazul injectiei de apa calda in rezervorul de test;

12 – Orificiile pentru racire ale placii de test. La aceste orificii se conecta linia de racire cu apa in cazul incare sedorea efectuarea deexperimente cu placa de test racita initial sau in mod continu;

13 – Rezervorul secundar de apa. Acest rezervor a fost utilizat doar pentru combinatia de apa si gheata. Amestecul de aici a fost utilizat pentru racirea placii de test si a rezervorului de Wood’s Metal;

14 – Pompa de injectie apa rece. Aceasta pompa de tip submersibil a fost utilizata pentru transferul apei reci din rezervorul precedent in placa de test sau in serpentina de racire a rezervorului de Wood’s Metal.

Un prim pas a fost inlocuirea tubului de uretan care rezista la maxim 80 °C. Plecand de la acest tub s-a dorit simplificarea instalatiei pentru un control mai usor. Astfel rezervorul de Galiu a fost inlocuit cu un rezervor in forma de U pentru Wood’s metal. Tinand cont de temperatura mare de topire a noului metal lichid fata de Galiu, traductorul de presiune nu a mai putut fi utilizat pentru masurarea debitului de metal lichid. Astfel a fost proiectat un nou sistem bazat pe masurarea nivelului de metal lichid din rezervor cu ajutorul a 2 sonde.

Rezervorul de test si placa de test din otel inoxidabil au ramas neschimbate.

Placa de test

Placa de test[7] a fost proiectata in AUTODESK Inventor. Deoarece este necesar ca metalul lichid sa se solidifice pe suprafata sa, trebuie sa se gaseasca o metoda prin care placa poate fi racita. In prima faza a fost proiectata o placa in interiorul unui mic bazin de racire. Ideea era ca partea inferioara a placii sa intre in contact cu apa din acel bazin si astfel se efectua racirea. Datorita numeroaselor probleme intampinate cu acest design, in special probleme cu etansarea si cu inserarea termocuplelor in placa, sistemul de racire a fost modificat. Astfel sistemul de racire a fost construit in interiorul placii de test. Racirea se va face cu apa rece la aproximativ 5°C, care va circula intr-o serpentina sub forma de U construita in interiorul placii.

Temperatura a fost masurata cu ajutorul a 3 termocuple, unul masurand temperatura in interiorul placii la o distanta de 1 mm pana la suprafata, iar restul de doua masurand temperatura metalului lichid la 0,8 respectiv 2 mm fata de suprafata. Pentru insertia termocuplelor au fost prevazute 4 orificii cu diametrul de 1 mm, dispuse in jurul orificiului central la o distanta de 8 mm fata de centrul acestuia. Orificiile au avut urmatoarele adancimi:

2 orificii ce au trecut cu totul prin placa;

2 orificii cu adancimea de 19 mm;

Astfel prin orificiile ce strapung placa se pot insera si fixa termocuplele ce vor masura temperatura metalului lichid.

Placa de test proiectata este prezentata in Figura 2.5.

Figură . – Placa de test[7]

Rezervorul de test

Rezervorul de test[7]a fost proiectat pentru a putea oferi o vedere in interior si de asemenea pentru a se putea inregistra fenomenele care au loc. A fost gandit un rezervor cu doua ferestre din policarbonat ce vor fi etansate prin intermediul unor flanse. Pentrua putea conecta sistemul de racire la placa de test si pentru a putea introduce termocuplele, una din ferestre a fost prevazuta cu doua orificii.

In Figura 2.6 poate fi observat rezervorul de test proiectat.

Figură 2.6 – Vedere din fata si din spate a rezervorului de test[7]

Rezervorul de metal lichid si sistemul de masura nivel

Rezervorul de metal lichid (1) a fost proiectat pentru a usura utilizarea instalatiei. Astfel a fost proiectat un rezervor in forma de U, prezentat in figura 2.7.

Figură 2.7 – Rezervorul de Wood’s Metal

Se observa ca in partea dreapta a rezervorului exista o conexiune cu conducta de injectie (4), iar partea din stanga este folosita pentru reintroducerea metalului lichid in rezervor (2).

Sistemul de masura nivel este introdus prin partea dreapta (3) si este bazat pe un sistem de 3 sonde. Doua sonde corespund nivelului minim/maxim iar ultima sonda este comuna. Este important sa se cunoasca distanta dintre cele 2 sonde de minim si maxim. Astfel pe baza timpului in care nivelul ajunge de la maxim la minim se poate calcula debitul de metal lichid.

O schema a sistemului este prezentata in figura 2.8.

Figură 2.8 – Sistemul de masura nivel

Pentru a putea masura cu exactitate debitul de metal lichid, tinand cont ca rezervorul este in forma de U, a fost prevazut un sistem de racire al rezervorului in partea inferioara astfel incat in momentul injectiei sa se utilizeze doar metalul lichid din ramura dreapta. Ideea este sa se solidifice metalul lichid din ramura stanga prin scaderea temperaturii sub temperatura de topire. Astfel se poate utiliza si azot sub presiune pentru a controla debitul de metal lichid la parametrii doriti.

Constructia instalatiei

Rama instalatiei[7] a fost formata din profile de metal ce au fost prinse cu suruburi. Dimensiunea aproximativa a ramei este de 1 metru lungime, 1 metru latime si 1,5 metri inaltime. Dupa ce rama a fost asamblata, s-a inceput constructia celor 2 rezervoare. Rezervorul de metal lichid a fost confectionat dintr-o teava in forma de U marginita de 2 flanse. Diametrul interior al tevii este de 25 mm, iar lungimea de 200 mm. Pentru flansa din ramura dreapta s-au montat reductii etansate astfel incat sa poata fi folosita teava de ¼” pentru presurizare cu azot si pentru introducerea sondelor de nivel. Pe flansa din ramura stanga a fost montat un capac cu scopul de a etansa rezervorul in timpul injectiei si ce putea fi inlaturat dupa terminarea experimentului pentru a reumple rezervorul cu metal lichid.

Rezervorul de test a fost facut cu doua ferestre opuse, pentru a se putea observa fenomenele care se intampla in timpul experimentului. Ferestrele au fost facute dintr-o placa de policarbonat prinsa intre doua flanse. In acest fel placa de test se poate scoate foarte usor din rezervor, fiind necesar doar inlaturarea unei ferestre pentru a avea acces in interiorul rezervorului. Deoarece placa de test are doua orificii pentru racirea interna, una din ferestre a trebuit sa aiba orificii pentru a suporta conectarea tevii de ¼” la placa de test. Aceste orificii au fost etansate cu banda de teflon, rulata in jurul conexiunii, iar intreaga fereastra a fost etansata cu o garnitura de cauciuc.

Partea superioara a rezervorului este inchisa de o flansa. Prin aceasta au fost facute trei orificii pentru a suporta legarea liniei de adaos apa, linia de injectie metal lichid si o linie de aerisire. Conexiunea pentru linia de injectie metal lichid la rezervorul de test a fost una speciala care permitea tevii de metal lichid sa treaca prin ea si sa intre in rezervor. In momentul in care teava este fixata la inaltimea de injectie dorita, cu ajutorul unei piulite si a unor sigili de teflon, teava este fixata si sigilata la conexiune.

In partea inferioara a rezervorului de test a fost amplasat un rezervor de apa cu suprafata libera. Astfel metalul lichid care trece prin orificiul placii de test fara sa solidifice va ajunge in acest rezervor. De asemenea, rezervorul, reprezinta si sursa de apa pentru crearea mediului de apa in cazul experimentului, fiind conectat la o pompa ce injecteaza apa in rezervorul de test. Pentru a impiedica eventualele fragmente de Wood’s metal sa ajunga in pompa, un nou mic rezervor a fost amplasat in bazinul de apa. Acesta are rolul de a capta metalul lichid care trece prin orificiu fara a solidifica.

Rezervorul de metal lichid a fost conectat cu rezervorul de test printr-un segment de teava din otel inoxidabil, ce intra in rezervorul de test print-un orificiu special ce permite miscarea lenta, in acelasi timp intrarea fiind sigilata. In varful acestei tevi a fost montata o duza cu diametrul de initial de 3,5mm cu ajutorul careia s-a creat un efect de jet. Apoi duza a fost inlocuita cu una de un diametru mai mic, de 1,8 mm.

Construirea placii de test a constat in taierea la dimensiunile dorite a unei placi dintr-un bloc de otel inoxidabil. Orificiul central, de 5 mm, a putut fi realizat in laborator fara probleme, insa nu si orificiile mici pentru termocuple. Datorita duritatii materialului, in incercarea de a face orificiile de 1 mm in diametru, spiralele folosite s-au rupt. Astfel a fost necesar ca placa sa fie trimisa la o companie locala pentru a realiza orificiile mici prin tehnologie laser. Desenele tehnice trimise catre companie pentru realizarea orificiilor sunt prezentate in figura 2.9.

Figură . – Desenele tehnice ale placii de test [7]

Pentru racirea interna a placii de test a fost necesara gaurirea acesteia in trei locuri. Doua din ele au fost facute in lungul placii si una in latul placii conectand astfel celelalte doua orificii. Prin astuparea a 4 capete cu un opritor, s-a creat un sistem de racire sub forma de U.

Cele doua capete libere au fost folosite ca intrare si iesire pentru apa de racire. Pentru a etansa teava de placa de test, prima idee a fost sudarea tevii. Dupa nenumarate incercari esuate, utilizand diferite metode (sudura in arc, sudura cu Ag), a devenit clar ca, datorita diferentei foarte mari intre grosimea materialelor, era foarte greu de realizat aceasta sudura. Astfel, pentru a nu trimite din nou catre o companie specializata in acest domeniu s-a incercat rezolvarea problemei printr-o solutie locala, prin utilizarea gelului siliconic pentru etansare. Acesta a acoperit suprafata exterioara a tevilor si apoi tevile au fost introduse in placa. Siliconul a fost de asemenea aplicat si la imbinarile dintre tevi si placa de test pentru o etansare mai buna. Pentru a putea introduce placa de test cu tevile aferente in bazinul de test, unul din cele doua geamuri de policarbonat au fost ingaurite. Dupa ce s-a realizat filet interior la orificiile din geamul de policarbonat, au fost introduse doua mansoane care permiteau tevii sa treaca prin ele. Cu ajutorul unei piulite teava era etansata si astfel apa din bazinul de test nu se scurgea.

In figurile 2.10. si 2.11 sunt prezentati opritorii si modul de creare a orificiilor de racire.

Figură 2.10– Opritori [7]

Pentru a finaliza sistemul de racire interna a placilor de test a fost nevoie de un nou rezervor de apa si de o pompa. De aceasta data s-a ales o pompa submersibila care a fost conectata la placa de test. Iesirea din placa a fost conectata la noul rezervor de apa. Aceste conectari au fost conectari temporare, deoarece dupa fiecare experiment, placa de test a fost scoasa din bazin.

Figură 2.11 – Construirea orificiilor de racire in placa de otel inoxidabil

Pentru a raci placa de test pana la temperatura dorita, apa din bazinul de apa a fost racita cu gheata. Temperatura din acest bazin a fost monitorizata si injectia de apa de racire incepea atunci cand apa avea temperatura optima.

Rezervorul de metal lichid a fost lasat la urma. Acesta a fost realizat dintr-o teava in forma de U. Ramura dreapta a acestui rezervor a fost prevazuta cu sistemul de masura nivel si a realizat si conexiunea cu rezervorul de test. Tot aici flansa superioara a fost dotata cu o conexiune pentru presurizarea instalatiei cu azot. Flansa din ramura stanga a fost prevazuta cu un capac astfel incat, in timpul injectiei, rezervorul sa fie etans.

Pentru racirea partii inferioare a rezervorului de metal lichid, a fost construita din teava de ¼” o serpentina ce inconjura acea parte a rezervorului. Serpentina a fost conectata prin teava de uretan la pompa submersibila din rezervorul de apa cu gheata utilizat si la racirea placii de test.

Sistemul de masura nivel prezentat in Figura 2.12, a fost realizat din 3 sonde de nivel ce au fost introduse in ramura stanga a rezervorului de metal lichid. Una din sonde a fost sonda comuna ce trebuia sa fie tot timpul in contact cu metalul lichid. Celelalte doua sonde au reprezentat un nivel minim si un nivel maxim. Astfel, cunoscand distanta dintre cele doua sonde si diametrul rezervorului de test se poate calcula debitul de metal lichid in functie de timpul in care nivelul ajunge de la maxim la minim. Sistemul de masura nivel a fost conectat la o sursa de 5 Vcc si la un sistem de inregistrare date cu 10 canale. Doua canale au fost setate pentru masurarea tensiunii pentru cele doua sonde de minim respectiv maxim. In momentul in care metalul lichid facea contact cu una din sonde, semnalul pentru sonda respectiva crestea de la 0 la 5 Vcc. Datele pentru acest semnal au fost citite de 10 ori pe secunda.

Figură . – Sistem de masura nivel

Monitorizarea si controlul temperaturii

Tinand cont ca metalul ales are un punct de topire de aproximativ 72 °C, a fost nevoie de o foarte atenta monitorizare a temperaturii in instalatie pentru a preveni solidificarea accidentala. Pentru a putea controla temperatura intregului sistem, s-a facut un sistem din termocuple si rezistente electrice tip cablu. Acestea din urma au fost conectate la un controler manual si au fost impartite pe mai multe sectiuni. Prima sectiune a fost reprezentata de ramura stanga si inferioara a rezervorului de metal lichid. Aceasta parte a beneficiat de o rezistenta electrica separata deoarece incalzirea era oprita in momentul in care incepea injectia de apa rece pentru solidificarea metalului in aceasta parte a rezervorului. A 2-a sectiune a fost reprezentata de ramura dreapta a rezervorului de metal lichid si de o parte din segmentul de teava care facea legatura cu rezervorul de test.Sectiunea numarul 3 a avut in grija teava de injectie. Ultima sectiune, a incalzit conducta ce asigura alimentarea cu apa a rezervorului de test pentru a crea mediul de apa necesar pentru experimente. Incalzirea acestei conducte si recircularea apei pe traseul rezervor de apa – rezervor de test – rezervor de apa a permis incalzirea apei pentru a putea efectua experimente si cu apa calda.

In figura 2.13, poate fi observat controlerul rezistentelor electrice.

Figură 2.13 – Controller rezistente electrice

Termocuplele au fost montate in instalatie astfel incat sa masoare temperaturile de interes. Acestea sunt temperatura metalului lichid in partea inferioara a rezervorului U, temperatura in ramura dreapta a rezervorului de metal lichid, temperatura robinetului de pe teava de injectie, temperatura apei din rezervorul de test si temperatura apei de racire.

Termocuplele folosite pentru aceste monitorizari au fost termocuple K, cu diametrul de 1 mm. Acestea au fost conectate la un sistem de achizitie date (CADAC) prezentat in Figura 2.14. Viteza de citire a fost setata la doua citiri pe secunda deoarece temperaturile citite de CADAC erau necesare doar pentru a tine metalul lichid in stare fluida. Echipamentul de achizitie date era prevazut cu o jonctiune rece electronica, astfel ca termocuplele au putut fi conectate direct.

Figură 2.14 – Sistem de achizitie date CADAC

Termocuplele utilizate pentru citirea temperaturilor de injectie si anume temperatura metalului lichid la 0,8 mm si 2 mm fata de suprafata placii, temperatura din interiorul placii la o distanta de 1 mm pana la suprafata si temperatura de injectie a metalului lichid au fost monitorizate cu termocuple sensibile ce au avut un diametru de 0,5mm. De asemenea, aceste termocuple au fost conectate la un alt sistem de achizitie date, sistem ce permitea citirea temperaturilor de 10 ori pe secunda. Acesta este prezentat in Figura 2.15.

Figură . – Sistem de achizitie date midi LOGGER GL220

Camera rapida

Pentru o mai buna intelegere a fenomenelor care au loc in momentul injectiei si pentru a putea observa mai bine modul in care metalul lichid se solidifica, a fost utilizata o camera rapida. Camera utilizata a fost FASTCAM-Net1000. Caracteristicile acestei camere sunt prezentate in tabelul 2.2.

Tabel . – Caracteristici camera rapida

Din tabelul de mai sus se poate observa ca dimensiunea maxima a imaginii este de 512 x 480 pixeli iar viteza maxima este de 1000 fps. Pentru experimentele de injectie camera a fost setata la viteza maxima de inregistrare permisa de rezolutia 512 x480 pixeli si anume 250 fps. Pentru aceasta viteza si rezolutie timpul de inregistrare pentru fiecare experiment a fost de 2,1 secunde.

Pentru a putea fi utilizata, camera a fost conectata la un controler. Acesta este prezentat in figura 2.16

Figură 2.16 – Controller camera video

Pentru colectarea de date de la acest controler a fost utilizat un laptop ce a avut instalata o placa speciala pentru achizitie de date SCSI. In momentul injectiei, camera putea fi declansata pentru a inregistra din telecomanda. Datele inregistrate erau salvate initial in controller si puteau fi vizualizate pe monitorul conectat la acesta. Apoi, pentru a putea face o noua inregistrare, datele trebuiau transferate din controller pe HDD-ul laptopului prin placa de achizitie date.

Mai jos, in figurile 2.17, 2.18 si 2.19 se poate observa sistemul de inregistrare. In prima imagine este prezentata camera de mare viteza cu lentila atasata. In imaginea a 2-a este prezentat notebook-ul cu suport pentru card SCSI si monitorul la care se putea reda filmul inregistrat. In Figura 2.19 este prezentat cardul SCSI utilizat pentru achizitia de date.

Figură . – Camera video

Figură 2.18 – Sistem notebook, monitor si telecomanda

Figură 2.19 – Card SCSI pentru achizitia de date

Metoda de operare

Instalatia de test, descrisa in capitolele anterioare, a avut un mod de operare care trebuia respectat inainte de fiecare experiment pentru a putea avea conditii similare de injectie.

La inceputul fiecarei zile se verifica functionarea rezistentelor, a senzorilor si a aparaturii de achizitie date. Apoi se porneau rezistentele pentru incalzirea conductelor si a rezervorului de metal lichid. Urmatorul pas a fost scoaterea senzorului de nivel si curatarea sondelor de eventualele urme de oxidare. Dupa ce temperatura din rezervorul de metal lichid ajungea la 90 oC, era mentinuta la aceasta valoare timp de 60 minute pentru a asigura uniformizarea temperaturii in rezervor. Apoi se realiza un test de etanseitate prin presurizarea treptata cu azot pana la presiunea de 1-2 bar. Daca totul functiona normal si nu existau scurgeri de azot, se putea trece la procesul de injectie metal lichid. Procesul de injectie este descris mai jos:

Se aduce temperatura pentru metalul lichid din rezervor dar si pentru conducte la valoarea dorita pentru injectie. Apoi se asteapta pentru minim 30 minute pentru o uniformizare a temperaturii;

Se presurizeaza rezervorul de metal lichid la presiunea dorita pentru injectie;

Daca experimentul prevede racirea cu apa se va porni procesul de racire pentru placa de test;

Se porneste racirea cu apa a rezervorului de metal lichid pentru a putea solidifica metalul lichid din partea inferioara, dupa ce, in prealabil, rezervorul de apa pentru sistemul de racire ce asigura apa pentru placa de test si pentru rezervorul de metal lichid, a fost racit cu o cantitate considerabila de gheata astfel incat temperatura in rezervor sa fie de aproximativ 0 – 1 oC;

Daca este necesar pentru experiment, se creeaza mediul de apa prin injectia de apa in rezervorul de test. In cazul in care apa din rezervorul de test trebuie sa fie apa calda se pornesc rezistentele de incalzire pentru conductele de injectie apa si se recircula apa pana la atingerea temperaturii dorite;

Se deschide vana de injectie metal lichid si concomitent se porneste si inregistrarea cu camera rapida;

Dupa scurgerea timpului de injectie dorit se inchide vana pentru a opri curgerea de metal lichid;

Se opreste racirea placii de test si a rezervorului de metal lichid;

Se mareste din nou temperatura rezistentelor electrice la 90 oC pentru a pregati instalatia pentru o noua injectie;

Se repeta procesul de injectie conform pasilor de mai sus;

Rezultate experimente pentru mediul de apa

Instabilitatile observate la injectia in mediul de apa

Instabilitatea Kelvin-Helmoltz

Aceasta instabilitate rezulta dintr-o turbulenta provocata de doua straturi de fluid apropiate ce se misca cu viteze diferite [2]. Se poate considera ca datorita fortei de frecare dintre cele doua fluide ce se misca cu viteze diferite, se dezvolta una sau mai multe neregularitati sub forma unor patrunderi ale unui strat de fluid in fluidul apropiat. Aceasta patrundere poate fi observata sub forma unui val.

Pentru a intelege mai bine efectul instabilitatii, s-au efectuat experimente prin introducerea unui perturbatii la limita dintre cele doua fluide. Pentru perturbatii mici, daca nu este luata in considerare tensiunea superficiala, cele doua fluide aflate in miscare la viteze diferite creeaza o interfata ce este instabila indiferent de viteza. Tensiunea superficiala stabilizeaza perturbatiile mici, iar teoria prezice stabilitate pana cand se atinge o anumita diferenta intre vitezele celor doua faze.

Figură 4.1 – Simulare a instabilitatii Kelvin-Helmholtz [1]

Instabilitatea Rayleigh-Taylor [4]

Aceasta instabilitate apare la interfata dintre doua fluide de densitati diferite, atunci cand fluidul mai usor impinge fluidul mai greu.

Exista o fenomenologie complexa asociata cu evolutia unei interfate instabile generata de aceasta instabilitate. Aceasta include formarea unor varfuri, perdele, bule, dezvoltari de instabilitati Kelvin-Helmholtz pe partile laterale ale varfurilor si formarea de picaturi.

Exista numerosi factori ce influenteaza dezvoltarea instabilitatii Kelvin-Helmholtz si anume tensiunea superficiala, vascozitatea, compresibilitatea, diferite efecte 3D. Instabilitatea este de asemenea influentata si de schimbarea de faza a unui fluid.

Figură 4.2 – Simulare a instabilitatii Rayleigh-Taylor

Comparatie temperaturi si explicarea fenomenelor observate

Pentru a fi mai usor de citit temperaturile inregistrate, datele culese au fost trecute in grafice. Mai jos, in tabelul 3.1. poate fi observat cuprinsul unui fisier de output.

Tabel . – Datele brute inregistrate cu midi LOGGER

Datele din tabelul 3.1 sunt prezentate in Figura 3.1. de mai jos.

Figură . – Temperaturi citite in urma injectiei in apa rece

Parametrii injectiei sunt prezentati in tabelul 3.2.

Tabel . – Parametrii injectiei in apa rece

In Figura 3.1. se poate observa diferenta de temperatura dintre cele 3 termocuple. Astfel, asa cum este normal, temperatura cea mai mare este inregistrata de termocuplul care se afla la 2 mm fata de suprafata placii. Acesta indica o temperatura maxima a metalului lichid de 64 oC. La o distanta de 0.8 mm fata de suprafata placii, temperatura maxima a metalului lichid scade cu 14 oC si se inregistreaza maximul de 50 oC. Temperatura in placa creste cu maxim 20 oC. Cu toate ca temperaturile inregistrate arata o temperatura cu mult sub punctul de topire de 72oC, metalul era inca in stare lichida, lucru confirmat de faptul ca orificiul a fost acoperit cu metal si etansat. De asemenea, modul in care metalul a solidificat pe suprafata placii confirma faptul ca era lichid in momentul in care a atins placa de test. Se considera ca in mijlocul jetului temperatura a ramas apropiata de temperatura de injectie. Temperatura mai scazuta inregistrata de termocuple este si datorita pozitionarii acestora de o parte si de alta a orificiului, caz in care nu se poate inregistra temperatura efectiva a jetului intimpul injectiei. Cu toate acestea, temperaturile inregistrate ne ajuta sa avem o idee despre schimbarile de temperatura in imediata apropiere a orificiului si cu ajutorul unei analize CFD se pot efectua cercetari mai amanuntite validate de aceste experimente.

Conform rezultatelor prezentate in Figura 3.1., la injectia in apa a metalului lichid nu este necesara racirea in prealabil a piesei ce necesita etansare. Totusi, pentru dimensiuni mari ale sparturii, este recomandata racirea piesei pentru a asigura o buna solidificare.

In figura 3.2.este prezentata injectia metalului lichid la o viteza foarte mare.

Figură 3.2 – Injectie cu debit ridicat in apa rece

Parametrii injectiei sunt prezentati in tabelul 3.3.

Tabel 3.3 – Parametrii injectiei in apa rece la debit mare

Conform datelor din Figura 3.2. distributia temperaturilor este la fel ca si in cazul precedent si anume temperatura cea mai mare fiind inregistrata de termocuplul de la 2 mm fata de placa, urmand cel de la 0,8 mm fata de placa iar cea mai mica temperatura este inregistrata in interiorul placii.

Un lucru neasteptat este temperatura mai mica si scaderea foarte rapida a temperaturii dupa atingerea punctului maxim. Temperatura la care se ajunge dupa terminarea injectiei este de asemenea mult inferioara, ajungand in final cu 5 oC mai mare decat temperatura apei din bazin la momentul injectiei.

Acest lucru a fost explicat cu ajutorul inregistrarilor efectuate cu camera de mare viteza. In figura 3.3. se poate observa dispersarea jetului de metal lichid in apa.

Figură 3.3 – Dispersarea jetului de metal lichid

Imaginea a fost preluata din inregistrarea injectiei cu camera rapida. Se poate observa ca imediat dupa ce iese din duza de injectie, jetul de metal lichid se disperseaza in particule fine, in partea centrala a jetului aceste particule sunt mai concentrate. Bulele de aer prezente in imagine reprezinta aerul ce a fost in conducta la momentul injectiei. Datorita vitezei mari de injectie, acest aer a fost antrenat in apa. Vizualizand inregistrarea obtinuta cu camera rapida s-a ajuns la concluzia ca in cazul unei viteze mari de injectie a metalului lichid in apa, apare dispersia jetului in particule fine. Aceste particule sunt mult mai usor de racit decat un jet compact. Acest lucru conduce la o scadere rapida a temperaturii cu toate ca parametrii de intrare indicau ca temperatura maxima trebuia sa fie mai mare in acest caz fata de cel prezentat in Figura 3.1. Temperatura maxima este mai mica, deoarece in partea inferioara metalul lichid ajunge dispersat si astfel racit mai bine.

Acelasi fenomen de racire rapida a metalului lichid a fost observat si in cazul injectiei in apa calda. Temperatura apei a fost de aproximativ 40-45 oC si prin aceste experimente s-a dorit sa se testeze daca metalul lichid mai poate acoperi orificiul atunci cand temperatura mediului este ridicata. Trebuie mentionat ca in perioada de vara temperatura apei din reactoarele de la Fukushima poate ajunge la 35-40 oC si acesta a fost motivul care a determinat temperatura apei calde in experimente.

S-au utilizat aceleasi modalitati de injectie si anume injectie la viteza normala 0.7 – 1 m/s si injectie de mare viteza, aproximativ 5 m/s. In figura 3.4. pot fi observate temperaturile inregistrate pentru injectia la viteza normala.

Figură . – Injectia in apa calda

Conditiile intiale ale injectiei sunt prezentate in tabelul 3.4.

Tabel 3.4 – Parametrii injectiei in apa calda

Din Figura 3.4. se poate observa ca temperatura maxima este de aproximativ 65 0C si este inregistrata de termocuplul de la 2 mm. Conditiile de injectie sunt putin diferite fata de injectia in apa rece. In cazul de fata temperatura de injectie este mai mare, insa debitul mai mic pare sa compenseze aceasta diferenta de temperatura, iar temperaturile inregistrate la termocuplul situat la 2 mm sunt asemanatoare. Situatia se schimba la termocuplul de 0,8 mm, unde temperatura maxima a depasit in cazul utilizarii apei calde valoarea de 50 0C. De asemenea si temperatura placii a depasit aceasta temperatura, care a inceput sa scada usor la cateva secunde dupa terminarea injectiei de metal lichid. Conform rezultatelor, este recomandat ca, in cazul in care este posibil, sa se utilizeze o racire a piesei pentru a facilita o mai buna solidificare.

Pentru a vedea influenta vitezei de injectie in Figurile 3.5. si 3.6. este prezentata o injectie in apa calda la debite diferite si cu restul parametrilor apropiati.

Figură 3.5 – Injectia in apa calda la viteza de 1,4 m/s

Parametrii injectiei sunt prezentati in tabelul 3.5.

Tabel 3.5 – Parametrii pentru injectia in apa calda la viteza de 1,4 m/s

Figură 3.6 – Injectia in apa calda la vitezade 1,8 m/s

Parametrii injectiei sunt prezentati in tabelul 3.6.

Tabel 3.6 – Parametrii injectie in apacalda la viteza de 1,8 m/s

Se observa ca odata cu cresterea debitului temperatura la 0,8 mm si respectiv la suprafata placii creste. In schimb, temperatura la 2 mm ramane cu aproximativ acelasi punct maxim, insa se observa ca scaderea temperaturii este mai lenta odata cu cresterea vitezei de injectie.

Aceasta crestere a temperaturii cu viteza de injectie este un lucru la care ne asteptam, insa din pacate trend-ul este urmat pana la o anumita valoare a vitezei de injectie la care apare dispersia jetului. Aceasta dispersie, asa cum am mentionat si la injectia in apa rece duce la o scadere brusca a temperaturii datorita racirii metalului lichid. Temperaturile inregistrate pentru injectia in apa calda a unui jet la care apare dispersia sunt prezentate in Figura 3.7.

Figură 3.7 – Injectie in apa calda la viteza de 3,65 m/s

Parametrii injectiei sunt prezentati in tabelul 3.7.

Tabel 3.7 – Parametrii injectiei in apa calda la viteza de 3,65 m/s

Se poate observa ca temperatura maxima este de aproximativ 60 0C, asta in conditiile in care viteza de injectie a fost crescuta la 3,65 m/s. Acest lucru este datorat dispersiei jetului de metal lichid, dispersie ce a fost observata cu camera rapida.

Din pacate nu se poate stabili o viteza minima la care apare dispersia. Dupa multiple experimente s-a constatat ca viteza de dispersie este caracteristica fiecarei duze de injectie in parte, diametrul duzei fiind foarte important. Astfel pentru a preveni aparitia acestui fenomen, duza ce se doreste a fi utilizata trebuie testata (se efectueaza experimente crescand treptat viteza de injectie) pentru a descoperi viteza minima de dispersie.

Nu se doreste aparitia dispersiei deoarece acest fenomen duce la racirea prematura a metalului lichid si ingreuneaza controlul solidificarii. De asemenea, fenomenul produce si o multime de reziduri cu dimensiuni foarte mici. Pentru a putea avea o imagine clara asupra partii reparate si de asemenea pentru a reduce consumul inutil de materiale aceste particule fine trebuie evitate.

Trebuie mentionat ca, desi dispersia apare si in cazul injectiei in apa calda, se pare ca este influentata si de temperatura apei. Astfel pentru o viteza de injectie de aproximativ 5 m/s dispersia este mai restransa in cazul utilizarii apei calde. Din cauza influentei temperaturii apei asupra acestui fenomen este foarte greu de prezis exact ce tip de dispersie va aparea. In imaginile de mai jos, respectiv in Figura 3.8 si Figura 3.9., poate fi observata dispersia in apa calda si apa rece

Figură 3.8 – Placa de test dupa injectie la viteza ridicata in apa rece (210C)

Figură 3.9– Placa de test dupa injectie la viteza ridicata in apa calda (400C)

In cazul utilizarii apei reci se observa o coloana centrala si mult metal lichid solidificat in jurul acesteia. Pentru injectia in apa calda coloana centrala lipseste iar cea mai mare parte a metalului lichid, cu toate ca in timpul injectiei a fost dispersat, s-a unit din nou pe suprafata piesei si se regaseste intr-o formatiune masiva centrala pe suprafata piesei, acoperind orificiul. In acest caz metalul lichid a patruns in intreg orificiul pe care l-a etansat foarte bine. Langa formatiunea centrala se pot observa reziduuri care sunt in numar mult mai mic fata de cele prezente la injectia in apa rece. Acest lucru este explicat prin faptul ca mai mult metal lichid a trecut prin orificiu pana la aparitia solidificarii in interior si blocarea acestuia in cazul utilizarii apei calde fata de cea rece.

Tot in mediul de apa au fost efectuate experimente si privind injectia de picaturi. Rezultatele pot fi observate in figurile 3.10 si 3.11.

Figură 3.10 – Injectia de picaturi in apa rece

Parametrii injectiei sunt prezentati in tabelul 3.8.

Tabel 3.8 – Parametrii pentru injectia de picaturi in apa rece

Din graficul cu comparatia temperaturii se poate observa o temperatura maxima de aproximativ 55 0C inregistrata la 2 mm fata de placa, temperatura ce scade foarte repede. Temperatura la 0,8 mm fata de placa creste cu aproximativ 15 0C iar temperatura placii creste cu 8 0C. In Figura 3.11. se poate observa ca metalul lichid s-a solidificat in straturi, adica fiecare picatura s-a solidificat separat. Cantitatea de metal lichid injectata in acest mod este mai mica, insa racirea este rapida si poate aparea solidificarea prematura. In experimentul de mai sus, lungimea de penetrare a fost de 1-2 mm (vezi Figura 3.12), lucru ce nu a condus la o buna etansare a orificiului.

Figură 3.11 – Coloana de metal lichid formata in urma injectiei de picaturi in apa rece

Figură 3.12 – Coloana de Wood’s Metal injectat, solidificat

Injectia in picaturi este recomandata atunci cand temperatura apei este ridicata si nu se poate acoperi orificiul prin injectie continua. Avantajul este ca in momentul in care se injecteaza picaturi nu se mai formeaza o „coloana” continua de metal lichid. Intr- o injectie continua metalul lichid are o viteza mai mare fiind incetinit doar pana atinge placa. Din acel moment exista o coloana de metal lichid in apa, apa din jurul coloanei formeaza o miscare ce antreneaza curgerea metalului lichid fapt ce nu mai conduce la incetinirea lui prin frecare. In cazul injectiei de picaturi, coloana nu exista si picaturile sunt incetinite deoarece apare forta de frecare, fiecare picatura fiind nevoita sa disloce un volum de apa pentru a ii lua locul si a cobori spre placa. De asemenea suprafata de racire este mai mare in cazul injectiei de picaturi.

Au fost efectuate experimente de injectie de picaturi si in apa calda. Rezultatele sunt prezentate mai jos in Figura 3.13.

Figură 3.13 – Injectie de picaturi in apa calda

Parametrii injectiei sunt prezentati in tabelul 3.9.

Tabel 3.9 – Parametrii injectiei de picaturi in apa calda

Se poate observa o mare diferenta intre injectia de picaturi in apa calda si cea in apa rece. Daca in apa rece temperatura scadea imediat , in cazul injectiei in apa calda temperatura scade mult mai greu. Acest lucru este explicat si de diferenta mica de temperatura dintre metalul lichid si mediul in care este injectat. Oricum fata de injectia in mod continuu acest proces asigura o mai buna racire a metalului lichid si poate facilita solidificarea atunci cand aceasta nu apare in injectia continua.

O imagine surprinsa cu camera rapida poate fi observata in Figura 3.14.

Figură 3.14 – Injectie in picaturi

Cu ajutorul inregistrarilor surprinse cu camera rapida s-a observat ca in mediu de apa jetul nu este un jet perfect drept si este afectat de anumite turbulente. Acest lucru poate fi observat in Figura 3.15.

Figură 3.15 – Jet de metal lichid in apa

Se poate observa ca in prima parte jetul este unul drept, circular. Apoi, pe masura ce avanseaza in apa, apare o instabilitate. Instabilitatea creata a fost atribuita in special instabilitatii Kelvin-Helmholtz, instabilitate ce poate duce la ruperea jetului de metal lichid.

S-a observat ca temperatura apei are un efect asupra instabilitatii, astfel, in momentul in care temperatura a fost de 40 0C, instabilitatea a fost scazuta. Pentru o mai buna intelegere a acestui fenomen se incearca dezvoltarea unui model CFD care sa poata reproduce acest fenomen. S-au incercat diferite viteze de injectie pentru a putea contracara acest fenomen. La o viteza mai redusa dupa tronsonul scurt circular, jetul se rupe in picaturi. In cazul in care viteza creste, instabilitatea devine mai accentuata pana in momentul in care apare direct dispersia jetului. Pentru un efect mai mic trebuie considerata marirea diametrului duzei, insa noi experimente cu mai multe tipuri de duze trebuie realizate pentru a putea fi siguri de efectul pe care acest lucru l-ar avea.

Pentru o mai buna intelegere a modului in care metalul lichid solidifica au fost realizate si fotografii ale placii de test dupa fiecare injectie.

Figură 3.16 – Injectie in apa rece

In figura de mai sus se observa aceeasi coloana centrala de care am mai vorbit. Tendinta in mediul de apa este de a se forma aceasta coloana deoarece metalul lichid solidifica pas cu pas si nu are timp sa se extinda pe suprafata placii. Solidificarea este mult ajutata de racirea mai buna in cazul injectiei in apa deoarece in acest caz apare instabilitatea jetului, lucru ce mareste suprafata de schimb de caldura si intensifica racirea metalului lichid. Astfel, metalul lichid ajunge pe suprafata placii in straturi ce se depun succesiv unul peste altul, in final rezultand formatiunea ce se poate observa in Figura 3.16. In cazul unui jet continuu de metal lichid fara aparitia instabilitatilor, metalul lichid ar trebui sa se imprastie pe suprafata placii fara sa formeze o coloana centrala. Este de preferat ca timpul de injectie sa fie mic pentru a nu permite realizarea unei coloane foarte mari.

Aceeasi coloana poate fi observata si in cazul injectiei in apa calda sau in cazul injectiei sub presiune, iar in Figurile 3.17 si 3.18 poate fi observat acest lucru.

Figură . – Injectie in apa calda

Figură 3.18 – Injectia de mare viteza in apa

Concluzii

Experimentele realizate au aratat ca metalul lichid ales si anume Wood’s Metal este potrivit pentru a fi utilizat in oprirea scurgerilor de apa. O caracteristica foarte importanta este temperatura de topire care in cazul Wood’s Metal putem spune ca este o temperatura optima. Nu se doreste cresterea temperaturii de injectie peste 100 0C decat in cazuri speciale. O temperatura mai mare de 100 0C a metalului lichid ar duce la aparitia fierberii la intrarea in apa. Acest lucru ar duce la dezvoltarea unei noi instabilitati a jetului, lucru care a fost demonstrat ca nu este benefic.

Injectia in apa rece respectiv apa calda a prezentat anumite diferente. S-a putut observa influenta temperaturii apei asupra solidificarii dar si asupra instabilitatilor. Conform experimentelor, instabilitatea jetului de metal lichid este influentata de temperatura apei si tinde sa devina mai mica atunci cand temperatura apei se apropie de temperatura de injectie. Se presupune ca instabilitatea care afecteaza jetul este instabilitatea Kelvin – Helmholtz. Intr-o mica masura si instabilitatea Rayleigh-Taylor poate influenta curgerea insa nu poate fi predominanta aceasta instabilitate.

A fost demonstrat ca se poate acoperi un orificiu si cu ajutorul unei injectii de picaturi in mediu de apa. Datorita suprafetei de schimb de caldura mai mare dintre apa si metalul lichid in aceasta injectie temperatura fluidului utilizat ca si adeziv scade mai repede. Acest tip de injectie poate fi folosit pentru orificii de dimensiuni mari. Prezinta un avantaj in acest caz deoarece nu se pierde foarte mult metal lichid. Solidificarea apare in straturi si practic cu fiecare nou strat de metal lichid (fiecare picatura) orificiul este acoperit progresiv pana la etansarea totala. Din aceasta metoda de injectie in picaturi, la scara mare poate fi utilizata o injectie in trepte, care spre exemplu sa injecteze 1 secunda apoi sa se opreasca timp de 1 secunda si apoi sa injecteze din nou, repetand ciclul acesta pana la etansarea totala.

In cazul punctelor de scurgere cu un diametru foarte mare se recomanda utilizarea unui alt material care sa mai obtureze din traseu. Astfel materialul nou (preferabil o tabla din otel inoxidabil) va fi folosit pentru a permite metalului lichid injectat sa se poata opri in zona sparturii.

Conform experimentelor un alt parametru important este viteza de injectie a metalului lichid. Trebuie avut grija ca in functie de caracteristicile duzei de injectie sa se cunoasca viteza la care apare dispersia jetului de metal lichid in apa. Trebuie cautat ca dispersia metalului lichid sa fie evitata deoarece pentru etansarea unui punct de scurgere se va utiliza foarte mult metal lichid in cazul in care acest fenomen apare.

In prezenta mediului de apa, nu a fost necesara utilizarea racirii pentru placa de test. Spre deosebire de experimentul initial cu Galiu unde pentru o buna solidificare a fost necesara racirea initiala sau chiar continua cu apa rece a placii de test, in cazul Wood’s Metal, deoarece temperatura de solidificare este destul de ridicata, nu a fost necesara o racire a piesei in mediul de apa. Totodata, aparitia instabilitatilor antreneaza un proces mai rapid de racire a metalului lichid.

Pentru o mai buna intelegere a fenomenelor care apar in timpul injectiei se va incerca realizarea unui model CFD care sa fie cat mai apropiat de realitate. Modelul va putea fi validat cu ajutorul experimentelor realizate iar apoi diferite scenarii vor putea fi efectuate pe modelul respectiv.

Experimente au fost realizate si in mediu de aer, rezultatele fiind prezentate in subcapitolul urmator.

Rezultate experimente pentru mediul de aer

Comparatie temperaturi si explicarea fenomenelor observate

Pentru a fi mai usor de citit temperaturile inregistrate, datele au fost prelucrate in forma grafica. Mai jos, in tabelul 3.1. poate fi observat cuprinsul unui fisier de iesire.

Tabel . – Datele brute inregistrate cu midi LOGGER

Datele din tabelul de mai sus au fost prezentate grafic in Figura 3.1 pentru a putea fi interpretate mai usor.

Figură . – Injectie de Wood’s Metal in aer

Parametrii injectiei sunt prezentati in tabelul 3.2.

Tabel . – Parametrii injectiei de metal lichid in aer

Ca si in cazul injectiei in mediu de apa se observa aceeasi distributie de temperaturi si anume temperatura cea mai mare, de 830C, la termocuplul de la 2 mm fata de suprafata placii, si o temperatura putin sub 80 0C pentru termocuplul situat la o distanta de 0,8 mm fata de suprafata placii. Temperatura in interiorul placii (la 1 mm pana la suprafata) a crescut cu aproximativ 35 0C.

Din grafic se poate observa ca temperaturile pentru primele 2 termocuple cresc simultan si se poate observa o diferentiere doar dupa ce depasesc 700C. In continuare, cele doua termocuple inregistreaza o curba identica dar cu grade de marimi diferite (temperatura mai mica pentru termocuplul situat la o distanta de 0,8 mm fata de suprafata placii). Apoi temperatura incepe sa scada si apare o instabilitate si stagnare in jurul valorii de 65 0C. Aceasta stagnare este data de aparitia solidificarii la temperatura mai sus amintita. Dupa solidificare, aceasta incepe sa descreasca usor iar curbele de temperatura specifice celor 3 termocuple au aceeasi forma dar cu diferite intervale. Diferenta de temperatura maxima inregistrata la 0,8 mm si la 2mm fata de suprafata placii, in mod normal nu ar fi trebuit sa existe. Scaderea temperaturii in aer la o viteza de 1,6 m/s este nesemnificativa pentru o distanta de 1,2 mm, insa termocuplele au inregistrat o diferenta de cateva grade Celsius. In functie de locul injectiei (care nu a fost exact in centrul orificiului) poate aparea o diferenta de temperatura intre cele doua termocuple.

Instabilitatea prezenta este datorata atingerii temperaturii de solidificare. In acel moment, dupa o descrestere a temperaturii si atingerea punctului de solidificare, temperatura metalului lichid nu era uniforma si, datorita curgerii prin orificiu, apare o miscare a metalului care inca nu a atins temperatura de solidificare, ceea ce duce la o mica variatie de temperatura (crestere si descrestere).

In cazul de fata, metalul lichid a patruns in tot orificiul. La inceput o buna parte s-a scurs, solidificarea incepand de la marginea orificiului spre interior. Singura sursa rece pentru jetul de metal lichid a fost placa de test si astfel jetul a fost racit doar de contactul acestei placi cu metalul lichid. Astfel, in momentul contactului, a fost racit treptat si in final a aparut solidificarea totala. In cazul injectiei in aer timpul de injectie este foarte important. Un timp mare de injectie poate duce la topirea metalului care a reusit sa se solidifice si astfel orificiul nu va putea fi etansat bine. De asemenea temperatura de injectie este foarte importanta in cazul injectiei in aer. Pentru o buna etansare si pentru a avea sanse mari de solidificare este recomandat ca temperatura de injectie sa fie cat mai apropiata de temperatura de topire a metalului lichid. Este de preferat ca metalul lichid sa fie adus la temperatura de topire si pastrat la aceasta temperatura un timp indelungat pentru a se asigura o temperatura constanta in tot volumul metalului. Pentru o mai buna masurare a temperaturii, se recomanda introducerea mai multor termocuple in rezervorul de metal lichid situate la distante diferite pentru a putea realiza o citire a temperaturii in cat mai multe puncte. De asemenea pentru uniformizarea temperaturii se recomanda si introducerea unui dispozitiv care sa amestece la o viteza constanta metalul lichid. Este foarte important ca acest mecanism, dar si termocuplele sa fie prezente, de la inceput, in rezervorul de metal lichid, deoarece introducerea lor in prealabil ar afecta temperatura metalului lichid, iar daca aceasta are o valoare scazuta ar duce la o solidificare locala.

Un alt lucru important pentru mediul de aer este locul in care alegem sa injectam metalul lichid. Daca duza este fixata pentru a injecta direct spre centrul orificiului, la o injectie perpendiculara pe placa, jetul de metal lichid poate trece prin orificiu fara sa atinga placa (daca diametrul interior al duzei < diametrul orificiului). Astfel este recomandat sa se injecteze chiar pe marginea orificiului pentru a ne asigura ca metalul lichid atinge placa si poate fi racit. Daca se tinteste la o distanta mai mare de orificiu, asa cum se poate observa si in Figura 3.2, metalul lichid se scurge in orificiu insa nu reuseste sa etanseze perfect, iar injectia poate fi considerata esuata.

Pentru injectia in aer la viteza normala (1-2 m/s), in functie de diferiti parametri, o cantitate considerabila de metal lichid a trecut prin orificiu. De asemenea, etansarea nu a fost perfecta deoarece a aparut retopirea metalului deja solidificat.

Figură . – Wood’s metal solidificat in urma injectiei in aer

Pentru a combate aceasta problema s-au facut experimente cu racirea initiala a placii de test.

Astfel temperatura placii a fost redusa pana la aproximativ 5 0C pentru a permite o solidificare eficienta si rapida. In graficul din Figura 3.3 se pot vedea variatiile temperaturilor inregistrate in cazul unei injectii in aer cu placa de test racita initial.

Figură 3.3 – Injectia de Wood’s metal in mediu de aer cu racirea initiala a placii de test

Parametrii injectiei sunt prezentati in tabelul 3.3

Tabel 3.3 – Parametrii injectiei de metal lichid in aer cu racirea initiala a placii de test

In cazul acestei injectii temperaturile inregistrate pentru metalul lichid au fost identice pentru cele doua termocuple pana la momentul solidificarii. Astfel, imediat dupa injectie, se atinge o temperatura maxima de 920C si apoi descreste foarte rapid pana la temperatura de solidificare. Deoarece sursa rece este in partea inferioara (placa de test) in acest moment apare o diferenta intre temperaturile inregistrate de cele doua termocuple si, asa cum este normal, la 0,8 mm fata de placa, temperatura este mai scazuta. In momentul solidificarii apare din nou instabilitatea observata si la cazul anterior si temperatura stagneaza pentru aproximativ 1 secunda. In cazul de fata, chiar daca a fost utilizata racirea initiala a placii de test, se pare ca suprafata placii a ajuns pana la temperatura de solidificare a metalului lichid (aproximativ 65 0C) iar apoi a inceput sa scada. Chiar daca a fost utilizata racirea initiala a placii de test, orificiul nu a putut fi astupat cu metal lichid. S-au realizat experimente in care temperatura a fost variata de la 80 la 95 0C si viteza de injectie de la 0,8 la 1,6 m/s insa rezultatele nu au fost cele asteptate, iar orificiul nu a putut fi etansat perfect.

O noua incercare de etansare a fost facuta prin injectia de picaturi. Prin aceasta metoda, tinand cont ca nu exista un jet continuu de metal lichid, se incearca etansarea prin solidificarea treptata picaturilor ce ating placa de test. Rezultatele acestei injectii pot fi observate in Figura 3.4.

Figură 3.4 – Injectie de picaturi in aer cu placa de test racita initial

Parametrii injectiei sunt prezentati in tabelul 3.4

Tabel 3.4– Parametrii injectiei de picaturi in aer cu racirea initiala a placii de test

Se observa ca, in acest caz, doar la distanta de 2 mm fata de suprafata placii se atinge o temperatura mai ridicata. Temperatura inregistrata la suprafata placii este mult mai mica in cazul acestei injectii si ajuta la solidificarea metalului lichid. Modul in care metalul lichid a solidificat poate fi observat in Figurile3.5 si 3.6.

Dupa cum se poate observa din imaginile de mai jos, in cazul injectiei de picaturi, metalul lichid a fost solidificat treptat. Din Figura 3.6 se poate observa cum solidificarea s-a facut treptat si se deosebesc 4 straturi la suprafata placii. In aceasta injectie orficiul a fost etansat total.

Si in cazul injectiei in aer au fost realizate inregistrari cu camera rapida. Injectia de picaturi este prezentata in figura 3.7.

Figură 3.5 – Wood’s Metal solidificat vedere de sus

Figură . – Wood’s Metal solidificat vedere din lateral

Figură 3.7 – Captura cu camera rapida a injectiei de picaturi in mediu de aer

Din inregistrarea efectuata cu camera rapida s-a putut vedea modul in care metalul lichid a solidificat in cazul injectiei de picaturi. Astfel s-a observat ca primele picaturi au trecut prin orificiu si, cel mai probabil, au solidificat in interior, deoarece urmatoarele au inceput sa se opreasca la suprafata placii. Din imagini s-a vazut ca metalul lichid in locul de injectie nu a solidificat decat dupa terminarea injectiei. Solidificarea a aparut pe marginea coloanei nou formate de metal lichid la suprafata placii, insa mijlocul a ramas lichid si a solidificat treptat si incet. Acest lucru poate fi observat si din Figura 3.5, figura in care se evidentiaza o mica cavitate in centrul coloanei de metal lichid. Acest lucru poate fi explicat prin filmul inregistrat cu camera rapida in care se observa cum fiecare picatura care ajunge in centrul coloanei imprastie metalul lichid in lateral. In lateral metalul era deja solidificat si, astfel, noul metal lichid imprastiat se depunea si solidifica. In final a aparut o diferenta de nivel intre mijlocul coloanei si exteriorul ei. Trebuie mentionat ca orificiul a fost etansat complet iar rezultatele injectiei de picaturi au fost cele mai promitatoare pentru mediul de aer.

Pentru a putea vedea efectul racirii initiale a placii au fost efectuate experimente de injectie de picaturi de metal lichid in aer cu placa de test la temperatura camerei. Rezultatele sunt prezentate in Figura 3.8.

Figură 3.8 – Injectie de picaturi in mediu de aer cu placa la temperatura mediului ambient

Parametrii injectiei sunt prezentati in tabelul 3.5

Tabel 3.5– Parametrii injectiei picaturi in aer cu placa la temperatura camerei

Se poate observa ca temperatura maxima atinsa este de aproximativ 68 0C la 2 mm fata de suprafata placii, temperatura similara cu cea inregistrata si in cazul injectiei de picaturi cu racirea initiala a placii de test. Diferenta dintre cele 2 experimente a constat in temperatura de injectie a metalului lichid. In cazul racirii placi de test, temperatura de injectie a fost de 96 0C, iar in cazul de fata a fost cu aproximativ 20 °C mai mica.

In acest experiment apare si o mare instabilitate provocata de amestecul metalului lichid. Se presupune ca metalul lichid, in timpul solidificarii, inca mai curgea prin orificiu si astfel a aparut instabilitatea inregistrata de termocuple. S-a observat ca instabilitea apare mereu in momentul in care apare solidificarea si o alta explicatie ar fi ca portiuni mici din metal lichid cristalizeaza fapt ce duce la scaderea rapida a temperaturii in timp ce sunt amestecate cu alte portiuni lichide si, deci, cu o temperatura mai mare. Dupa ce intreg metalul lichid solidifica, temperatura incepe din nou sa scada. Trebuie observat ca temperatura placii de test a crescut mai mult in acest experiment ajungand la aproximativ 50 0C. Cresterea de temperatura inregistrata de termocuplul din interior a fost de 30 0C pentru experimentul curent, iar in cazul in care placa a fost racita, cresterea a fost mai mica, de 25 0C. Se pare ca racirea initiala inhiba si din cresterea temperaturii, transformand placa de test intr-o sursa rece mai puternica.

Figură 3.9 – Wood’s Metal solidificat in cazul injectiei de picaturi cu placa la temperatura mediului ambiant

Racirea initiala a placii de test ramane cea mai buna solutie pentru o etansare sigura. Dupa cum se observa si in Figura 3.9, in cazul in care nu se foloseste racirea initiala, etansarea nu este perfecta. In figura se vede ca metalul lichid care a intrat in orificiu a solidificat, insa placa de metal solidificat a putut fi indepartata cu usurinta deoarece metalul din orificiu nu atingea peretele decat pe o anumita portiune. Astfel, desi din imagine pare ca etansarea ar fi avut loc pe toata grosimea placii de test, in realitate, diametrul metalului solidificat in orificiu a fost mai mic decat diametrul orificiului lucru ce ar fi permis apei sa treaca. Au fost realizate mai multe experimente de injectie de picaturi in aer cu placa la temperatura mediului ambiant, insa rezultatele obtinute nu au fost convingatoare. Astfel se recomanda utilizarea racirii pentru a asigura etansarea in mediul de apa.

Pentru a putea compara cu cazul de injectie in apa, si pentru a vedea daca in aer apare o dispersie a jetului de metal lichid, au fost realizate experimente de injectie de mare viteza pentru placa racita.

Figură 3.10 – Injectie de mare viteza in mediu de aer

Parametrii injectiei sunt prezentati in tabelul 3.6

Tabel 3.6 – Parametrii injectiei de mare viteza in aer cu racirea initiala a placii de test

In Figura 3.10 se pot observa temperaturile inregistrate in cazul unei injectii de mare viteza. Placa de test a fost racita initial avand in momentul injectiei temperatura de 8 0C. Temperatura cea mai mare a fost inregistrata de data aceasta de termocuplul de la 0,8 mm distanta fata de suprafata placii de test. In realitate temperatura metalului lichid trebuie sa fie la fel pentru ambele termocuple. In cazul de fata explicatia vine din inregistrarea cu camera rapida. In filmul realizat s-a observat o mica ingrosare a jetului de metal lichid la inceputul injectiei. Astfel, in momentul in care jetul a atins placa a imprastiat o mica cantitate de metal lichid. Acest lucru poate fi observat in Figurile 3.11 si 3.12. Temperatura acestui metal a fost citita de cele 2 termocupluri si este corecta tinand cont ca mai intai metalul a ajuns la termocuplul de 0,8 mm si apoi la cel de la 2 mm.

Tot din inregistrare se observa ca o mare parte din metalul lichid trece prin orificiu. La un anumit moment apare solidificarea unei mici portiuni de metal in orificiu, moment in care jetul este putin deviat si incepe acumularea metalului lichid pe suprafata placii. Dupa un anumit timp apare din nou topirea metalului in orificiu, lucru ce duce la reluarea curgerii prin orificiu si oprirea acumularii de metal lichid pe suprafata placii de test. Aceste lucruri sunt aratate in Figurile 3.13 si 3.14.

Figură 3.11 – Inceputul injectiei de mare viteza in mediu de aer

Figură 3.12 – Imprastierea metalului lichid la contactul cu placa de test

Figură 3.13 – Acumularea metalului lichid pe suprafata placii in urma aparitiei solidificarii in orificiu

Figură 3.14 – Trecerea jetului prin orificiu in urma topirii metalului solidificat anterior

Figurile de mai sus arata etapele de inceput injectie, imprastierea metalului lichid la contactul cu placa, aparitia solidificarii, acumularea de metal lichid pe suprafata placii,topirea metalului din orificiu si reluarea curgerii prin orificiu.

Din imagini se poate observa ca varful temocuplului de la 2 mm distanta fata de suprafata nu a fost astupat cu metal lichid.

Dupa terminarea experimentului au fost realizate poze care arata placa de metal solidificat si etansarea orificiului.

Figură 3.15 – Placa de Wood’s Metal solidificat

Figură 3.16 – Vedere de jos a orificiului etansat

In urma injectiei orificiul a fost etansat. Din Figura 3.15 se poate vedea ca prima parte nu este etansata, insa in figura 3.16 se observa ca partea inferioara a orificiului este blocata. In urma injectiei, o cantitate de Wood’s Metal s-a strans pe suprafata placii de test. Metalul care a fost mai aproape de orificiu a solidificat doar la partea inferioara (doar stratul care a atins initial placa) restul fiind mentinut in stare lichida de catre jetul de mare viteza care trecea prin orificiu. Dupa terminarea injectiei, metalul ce se afla pe suprafata placii si era inca in stare lichida s-a scurs in orificiu, moment in care a intrat in contact cu placa si a inceput racirea. Acest proces a dus la solidificarea metalului lichid scurs in orificiu pana ca acesta sa strabata toata grosimea placii. Astfel, in Figura 3.15 orificiul pare neetansat, iar in figura 3.16, care prezinta partea inferioara a placii, se poate vedea ca metalul a obturat orificiul.

Spre deosebire de injectia de mare viteza in apa, unde aparea o dispersie a jetului de metal lichid, in aer aceasta dispersie nu a existat. In urma injectiei de mare viteza a fost obtinut un jet drept, iar cea mai mare parte a metalului lichid a trecut prin orificiu fara sa apara solidificarea. Chiar daca in final orificiul a fost blocat, nu se recomanda utilizarea injectiei de mare viteza pentru etansare.

Concluzii

Experimentele realizate au aratat ca metalul lichid ales, si anume, Wood’s Metal, este potrivit pentru a fi utilizat in etansarea orificiilor sau eventualelor puncte de scurgere apa atunci cand este prezent un mediu de aer. O caracteristica foarte importanta este temperatura de topire, care in cazul Wood’s Metal putem spune ca este o temperatura optima. Este recomandata utilizarea unei temperaturi de injectie in mediu de aer cat mai apropiata de temperatura de topire a metalului lichid pentru a favoriza o solidificare rapida. Pentru injectia in aer nu exista o limita a temperaturii de injectie deoarece nu exista instabilitati care sa influenteze jetul de metal lichid. Cu toate acestea trebuie tinut cont ca o temperatura excesiv de mare nu va favoriza solidificarea si etansarea punctelor de scurgere.

Injectia pe placa racita initial si pe placa ce a fost mentinuta la temperatura camerei a prezentat anumite diferente. S-a observat influenta unei temperaturi mai mici a placii de test asupra solidificarii si asupra capacitatii de racire a jetului de metal lichid. Pentru o etansare buna temperatura placii de test ar trebui mentinuta la o valoare cat mai joasa posibil sau chiar utilizata o racire continua. Cum racirea continua nu va putea fi utilizata in conditiile reale se recomanda aducerea piesei la temperaturi negative daca este posibil si abia apoi inceperea injectiei de metal lichid

A fost demonstrat ca, metoda cea mai buna de a acoperi un orificiu, in cazul injectiei in aer,este injectia de picaturi. Astfel solidificarea apare stratificat si fiecare picatura are timp sa se raceasca dupa ce intra in contact cu placa. Acest mod de injectie prezinta un avantaj deoarece nu se pierde foarte mult metal lichid. Solidificarea apare in straturi si, practic, cu fiecare nou strat de metal lichid (fiecare picatura) orificiul este acoperit progresiv pana la etansarea totala. Din aceasta metoda de injectie in picaturi, la scara mare, poate fi utilizata o injectie in trepte, care, spre exemplu, sa injecteze 1 secunda apoi sa se opreasca timp de 1 secunda si apoi sa injecteze din nou, repetand ciclul acesta pana la etansarea totala.

In cazul punctelor de scurgere cu un diametru foarte mare se recomanda utilizarea unui alt material care sa obtureze din traseu. Astfel, materialul nou (preferabil o tabla din otel inoxidabil) va fi folosit pentru a permite metalului lichid injectat sa se poata opri in zona sparturii.

Un parametru important este viteza de injectie a metalului lichid. In mediul de aer viteza de injectie trebuie sa fie cat mai mica daca se doreste o injectie continua. De asemenea in cazul picaturilor, o injectie de aproximativ 20 de picaturi pe secunda este suficienta.La polul opus se situeaza injectia de mare viteza in aer. Chiar daca in acest caz nu duce la o dispersie a jetului, aceasta injectie la o viteza mai mare de 2 m/s trebuie evitata.

Spre deosebire de experimentul cu Galiu unde s-a putut etansa cu usurinta orificiul in mediu de aer, procesul de racire si inclusiv solidificare pentru Wood’s Metal este mai greoi, lucru ce necesita o atentie sporita la parametrii ce se aleg in cazul acestei injectii.

Pentru o mai buna intelegere a fenomenelor care apar in timpul injectiei se va incerca realizarea unui model CFD care sa fie cat mai apropiat de realitate. Modelul va putea fi validat cu ajutorul experimentelor realizate iar apoi diferite scenarii vor putea fi efectuate pe modelul respectiv.

Modelul numeric

Introducere

Pentru o mai buna intelegere a mecanismului de rupere si solidificare a jetului de metal lichid, o abordare numerica prin simularea unei injectii de metal lichid intr-un bazin cu apa este recomandata.

Mediul de apa prezinta un interes deosebit si necesita si o abordare numerica datorita prezentei celor trei instabilitati si anume Rayleigh-Plateau, Rayleigh-Taylor si Kelvin-Helmholtz, instabilitati ce nu sunt prezente in cazul mediului de aer.

Instabilitatile apar in diferite faze ale injectiei si la diferite numere Weber (Wea) influentand dinamica fluidului si procesul de solidificare.

O abordare CFD validata poate fi un sprijin pentru o mai buna intelegere a efectului pe care il are ruperea jetului asupra mecanismului de solidificare si poate fi imbunatatita cu un model termic pentru a evalua temperatura jetului de metal in timp ce avanseaza in bazinul de apa. Modelul CFD folosit in paralel cu rezultatele experimentale poate duce la o mai buna intelegere a fizicii din spatele fenomenelor prezente.

De asemenea, un model validat poate fi apoi utilizat cu diferite configuratii ce sunt foarte greu de creat sau nu pot fi create experimental.

In cazul injectiei in mediul de apa, jetul de metal lichid se va rupe, diferite regimuri de rupere fiind gasite in literatura de specialitate [1][2] si de asemenea diferite mecanisme de rupere ce difera in functie de numarul Weber. O influenta asupra lungimii de rupere o are si diametrul jetului, insa raportul adimensional lungimea de rupere/diametrul jetului (L/D) ar trebui sa fie constant precum este prezis de corelatia lui Taylor.

Ruperea jetului de metal lichid a fost simulata de Thakre [3], care a folosit metoda VOF pentru interfata. In simularile lui, au fost reproduse cu succes instabilitatile Rayleigh-Taylor si Kelvin-Helmholtz. Tiparul de rupere al jetului a aratat simetrie doar la inceputul deformarii (pentru instabilitatea Rayleigh-Taylor) aceasta deteriorandu-se apoi rapid datorita cresterii instabilitatilor (apare si instabilitatea Kelvin-Helmholtz). Lungimea de rupere creste odata cu cresterea diametrului jetului si a fost putin mai mare in cazul unui jet mai putin vascos.

Thakre a folosit experimente ce au fost facute pentru diferite numere Weber si pentru diametre ale jetului diferite (5mm, 10mm si 20mm), iar raportul L/D a fost in concordanta cu corelatia lui Taylor. Instabilitatile ce au dus la ruperea jetului in aceste experimente au fost Kelvin-Helmholtz si Rayleigh-Taylor.

Modelul care a fost creat si urmeaza a fi prezentat, este axat pe reproducerea instabilitatilor pentru numere Weber cuprinse intre 1 si 100 prin utilizarea metodei VOF inplementata in ANSYS Fluent 14.0. Rezultatele obtinute sunt sprijinite de datele experimentale gasite in literatura de specialitate.

ANSYS Fluent este un program utilizat pentru modelarea curgerii fluidelor, transferului de caldura si reactiilor chimice din geometrii complexe. Programul dispune de flexibilitate completa privind mesh-ul , inclusiv abilitatea de a rezolva probleme de curgere cu mesh nestructurat ce poate fi generat cu usurinta din geometriile complete. Tipurile de mesh suportate includ 2D triangular/patrulater, 3D tetraedric, hexagonal, piramidal, poliedric, etc., precum si mesh mixt (hibrid). Ansys Fluent ofera de asemenea obtiunea de a rafina mesh-ul sau de a il face mai grosier.

In afara de mesh, toate celelalte setari se fac direct in Fluent, inclusiv setarea conditiilor la limita, definirea proprietatiilor fluidelor, executarea solutiei, rafinarea mesh-ului si postprocesare si vizualizarea rezultatelor.

Printre tipurile de simulari permise de Fluent, regasim:

Curgeri 2D plane, 2D ax simetrice, curgeri 2D ax simetrice cu rotatie simetrica, 3D;

Curgeri in regim stationar sau tranzitorii;

Curgeri incompresibile si compresibile, incluzand toate regimurile de viteze;

Curgeri nevascoase, laminare si turbulente;

Curgeri Newtoniene sau ne-Newtoniene;

Gaze reale sau ideale;

Transfer de caldura incluzand convectie fortata, naturala sau mixta, transfer de caldura conjugat (solid/fluid) si radiatie termica;

Aplicatii de topire/solidificare folosind modelul de schimbare de faza;

Model pentru mesh dinamic pentru domenii ce au un mesh ce se misca sau deformeaza;

Simulari personalizate cu functii definite de utilizator;

Ansys Fluent este ideal pentru a simula curgerea fluidelor compresibile sau incompresibile in geometrii complexe. Procesarea in paralel inclusa in Fluent permite calcularea solutiilor pentru cazuri cu mesh foarte mare pe procesoare multiple ori pe acelasi calculator ori pe mai multe calculatoare dintr-o retea.

Pasii care trebuie urmati pentru rezolvarea unei probleme CFD sunt urmatorii:

Definirea obiectivelor;

Crearea geometriei si a mesh-ului;

Configurarea simularii si a modelelor alese;

Calcularea si afisarea solutiei;

Examinarea si salvarea rezultatelor;

Modificarea unor parametrii, daca acest lucru este necesar;

Cazuri studiate

Pentru modelul numeric vor fi folosite atat date din literatura de specialitate cat si date din experimentele proprii. Acest lucru este necesar pentru a avea cat mai multe date experimentale care sa fie comparate cu rezultatele numerice. Astfel modelele numerice utilizate vor fi validate cu date din literatura de specialitate dar si cu date din propriile experimente.

Vor fi realizate simulari pentru doua cazuri. Primul caz studiat va fi bazat pe datele experimentale gasite in literatura de specialitate (Thakre et. Al.). Astfel rezultatele modelului creat vor putea fi comparate cu alte modele ce au avut la baza aceleasi date experimentale. Cu modelul creat vor fi realizate apoi simulari pentru datele experimentale proprii (cazul doi).

Avand multiple date experimentale, validarea modelului va fi mai facila si va putea fi facuta pentru mai multe numere Weber sau pentru numere Weber apropiate dar cu diferente de diametru pentru duza de injectie.

Realizarea geometriei

Domeniul numeric prezentat in Figura 1, reprezinta geometria descrisa de Thakre [3].

Geometria a fost construita ca o schita 2D in Ansys Design Modeler. Dupa ce rezervorul si duza au fost schitate au fost create doua suprafete prin comanda surface from sketches. Suprafata rezervorului de apa a fost creata cu optiunea Add Material, iar suprafata duzei cu optiunea Add Frozen. Astfel au fost create doua sprafete diferite, una pentru bazinul de apa si una pentru duza de injectie a metalului lichid.

Fig. 1 – Domeniul numeric pentru duza de 5 mm

In Figura 1 este prezentat domeniul numeric pentru o duza cu diametrul de 5mm. In acest caz distanta de la duza la partea inferioara a bazinului a fost de 485mm iar lungimea duzei a fost de 15mm. De asemenea a fost creat si un domeniu mai mare ce a avut o duza cu diametrul de 10 mm si lungimea de 30mm. Distanta de la duza la partea inferioara a bazinului a fost in acest caz de 970mm. Varianta cu duza inauntrul bazinului a fost aleasa tinand cont de mesh-ul dorit. Astfel, atunci cand se va aplica un mesh dinamic la interfata dintre metalul lichid si apa va fi posibila si rafinarea langa peretele duzei.

Inca din stadiul desenului au fost denumite si marginile domeniului. Astfel partile laterale ale domeniului au fost denumite „wall” iar partea superioara reprezentata cu rosu in Figura 1 a fost denumita „outlet”. Aceste denumiri sunt necesare ele putand fi apoi regasite in momentul configurarii simularii. Acest lucru permite interactiunea cu muchiile selectate si definirea caracteristicilor necesare pentru modelul creat

Plecand de la geometria prezentata mai sus, a fost realizata si cea pentru reproducerea numerica a injectiei cu o duza de 1,8mm in diametru. S-au respectat dimensiunile bazinului experimental si de asemenea a fost inclusa si placa de test.

Geometria a fost construita ca o schita 2D in Ansys Design Modeler. Dupa ce rezervorul, duza si placa de test au fost schitate au fost create 3 suprafete prin comanda surface from sketches. Suprafata rezervorului de apa a fost creata cu optiunea Add Material, iar suprafata duzei si suprafata placii de test cu optiunea Add Frozen. Astfel au fost create 3 suprafete diferite, una pentru bazinul de apa, una pentru duza de injectie a metalului lichid si una pentru placa de test.

Fig. 2 – Domeniul numeric pentru duza de 1,8 mm

In Figura 2 este prezentat domeniul numeric pentru duza cu diametrul de 1,8mm. In acest caz distanta de la duza la placa de test a fost de 95mm iar lungimea duzei a fost de 5mm. Placa de test a fost desenata cu grosimea de 20mm si cu un orificiu central de 5mm in diametru. Latimea domeniului este de 59,5mm, fiind conforma cu latimea reala a modelului experimental. Varianta cu duza inauntrul bazinului a fost aleasa tinand cont de mesh-ul dorit. Astfel, atunci cand se va aplica un mesh dinamic la interfata dintre metalul lichid si apa va fi posibila si rafinarea langa peretele duzei.

Inca din stadiul desenului au fost denumite si marginile domeniului. Astfel partile laterale ale domeniului au fost denumite „wall” iar partea superioara reprezentata cu rosu in Figura 2 a fost denumita „outlet”.

In modelul experimental bazinul de apa avea suprafata libera, astfel ca si in simularea numerica a fost marcata cu outlet partea superioara a bazinului. In plus a fost creata o iesire din domeniu si prin orificiul placii de test (marcata cu rosu).

Aceste denumiri sunt necesare ele putand fi apoi regasite in momentul configurarii simularii. Acest lucru permite interactiunea cu muchiile selectate si definirea caracteristicilor necesare pentru modelul creat.

Realizarea meshului

Dimensiunea mesh-ului este un parametru fundamental pentru capturarea instabilitatilor observate experimental. Mesh-ul propus este bazat pe cel descris de Thakre in lucrarea lui [3]. O analiza de sensibilitate mai amanuntita a fost efectuata, fiind descrisa in continuare. Thakre a folosit o geometrie cu o duza ce a variat in dimenisiune de la 5mm la 20mm (dimensiunile domeniului au fost marite proportional cu dimensiunea duzei), si a comparat trei dimensiuni diferite ale mesh-ului alegand pentru analiza finala un mesh cu dimensiunea celulei de 0,1mm x 0,125mm.

Analiza de sensibilitate a fost realizata pe geometria gasita in literatura [3] iar dimensiunile duzei au fost de 5mm si 10mm. Pentru a reduce efortul de calcul si implicit timpul necesar simularii, optiunea de mesh adaptabil la interfata a fost utilizata. Mesh-ul de baza a fost format din celule ortogonale de 1mm x 1mm, iar pe interfata a fost ales un mesh mai fin prin folosirea functiei VOF gradient. Un exemplu al adaptarii mesh-ului pe interfata este prezentat in Figura 2.

Fig. 2 – Mesh adaptiv pe interfata

Plecand de la cel mai fin mesh utilizat de Thakre (mesh de baza plus 3 nivele de imbunatatire pe interfata), doua noi modele mai fine au fost testate folosind 4 si 6 nivele de imbunatatire adaptabila. Rezultatele acestei comparatii sunt prezentate in Figura 3. Se observa ca diferenta intre 4 si 6 nivele de imbunatatire este de pana la 29% diferenta in lungimea parametrului L/D. Diferenta obtinuta prin imbunatatirea pe interfata la cele doua nivele este cosistenta iar pentru reproducerea numerica a experimentelor cu duza de 1,8mm un mesh mai fin va fi creat si utilizat.

Fig. 3 – Analiza de sensibilitate a mesh-ului

Mesh-ul folosit in validarea modelului si prezentat mai sus, a fost adaptat pentru noile dimensiuni ale domeniului numeric. Pentru a avea rezultate coerente cu modelul validat, s-a pastrat in mod obligatoriu acelasi numar de celule pe latimea duzei de injectie (5 celule). Astfel mesh-ul de baza a fost de 0,36×0,36 mm si au fost folosite 5 nivele de imbunatatire adaptabila, celula cea mai mica avand dimensiunea de 0,01125 x 0,01125mm. In total au fost 55.110 celule la initierea cazului si aproximativ 850.000 de celule in momentul in care metalul lichid atingea placa de test.

O analiza de sensibilitate amanuntita nu a mai fost necesara pentru acest mesh, insa a fost realizata o comparatie intre doua nivele diferite de imbunatatire adaptabila. Comparatia este prezentata in Tabelul 1.

Tabelul 1 – Analiza de sensibilitate mesh

Conditii la limita si metode numerice

Conditii la limita

Proprietatiile metalului lichid utilizat in simulari pot fi vazute in Tabelul 1.

Tabelul 1 – Proprietati Wood’s Metal

O analiza amanuntita a fost realizata pentru tensiunea superficiala a metalului lichid in apa. In literatura de specialitate exista informatii contradictorii iar aceasta valoare variaza intre 0,46N/m si 1N/m. Pentru simularile curente s-a ales valoarea de 1N/m, valoare ce a fost regasita preponderent in studiile numerice. Astfel, folosind tensiunea superficiala de 1N/m, rezultatele obtinute pot fi comparate si cu alte rezultate din literatura de specialitate.

Ca si conditie la limita la intrare, a fost aleasa intrarea bazata pe viteza (velocity inlet) si o subrutina ce a continut distributia vitezei pentru o curgere turbulenta dezvoltata in totalitate. Intensitatea turbulentei IR a fost definita pentru fiecare caz functie de numarul Reynolds (Re) al jetului de metal lichid.

La iesirea din domeniu a fost selectata o presiune statica de 0Pa. Peretii exteriori sunt definiti ca pereti statici fara alunecare.

Pentru partea termica a fost ales transfer convectiv iar coeficientul de transfer de caldura a fost de 5W/m2K. Temperatura curentului de aer a fost setata pentru fiecare experiment astfel incat sa corespunda cu temperatura aerului din momentul experimentului.

In Tabelul 3 sunt prezentate pe scurt conditiile la limita impuse:

Tabelul 3 – Conditii la limita

Metode numerice:

Metode de rezolvare adecvate au fost utilizate pentru discretizarile temporale, spatiale, VOF si tensiunea superficiala.

Pentru discretizarea temporala a ecuatiilor guvernante, a fost folosita o schema implicita de primul ordin. Pentru ecuatiile de transport VOF o schema explicita bazata pe interpolari non-iterative a fost folosita, impreuna cu un pas de timp variabil pentru a garanta un numar Courant de 0,25. In functie de numarul Weber, pasul de timp a fost de aproximativ 10-7s.

Schema non-iterativa PISO a fost utilizate pentru cuplarea presiunii cu viteza si schema PRESTO! pentru discretizarea presiunii.

Discretizarea spatiala a fost obtinuta folosind schema Least Squares Cell Based pentru gradienti si metode de ordinul 2 (Second Order Upwind) pentru moment, energie, energie kinetica turbulenta si rata de disipare a ecuatiilor de transport. Pentru interpolarea spatiala langa interfata, metoda Geo-Reconstruct a fost folosita.

Validarea modelului

Pentru a valida modelul creat, o analiza de sensibilitate a trubulentei si tensiunii superficiale a fost efectuata utilizand datele experimentale si numerice din literatura de specialitate [3]. Pentru modelarea turbulentei si a tensiunii superficiale, modelele k-ε RNG si Realizable si modelele CSF si CSS au fost comparate. Testele au fost facute pe baza parametrului cantitativ L/D si pe prezenta instabilitatilor. Instabilitatile obtinute numeric au fost comparate cu cele obtinute experimental pentru modelul cu duza de 1,8mm si aceasta validare calitativa a modelului este prezentata in referatul 5 odata cu prezentarea modelului ce simuleaza experimentele efectuate cu duza de 1,8mm.

Rezultatele comparatiei dintre modelele de turbulenta RNG si Realizable sunt prezentate in Figura 4. Valoarea parametrului L/D in cazul utilizarii modelului Realizable a fost mult mai mica decat valoarea obtinuta prin corelatia lui Taylor, avand o eroare fata de corelatie de 37%. Mai mult de atat, instabilitatile jetului au fost prezente doar la inceputul injectiei, disparand treptat.

In cazul utilizarii modelului RNG , eroarea fata de corelatia lui Taylor a fost de 8,6% iar instabilitatile jetului au fost prezente pe toata durata injectiei.

Comparatia a aratat utilizarea modelului RNG face ca parametrul L/D gasit numeric sa fie mai aproape de cel din literatura, iar instabilitatile ce se creeaza cu acest model sunt mai apropiate de cele observate experimental. Pe baza rezultatelor obtinute, modelul de turbulenta k-ε RNG a fost ales pentru a fi folosit in studiul numeric.

Fig. 4 – Comparatia modelelor k-ε RNG si Realizable

Comparatia dintre modelele de tensiune superficiala a fost facuta folosind modelul de turbulenta k-ε RNG. Simularile au fost realizate pentru duze de 5 si 10mm cu ambele modele de tensiune superficiala (CSF si CSS) la diferite numere Weber. Rezultatele obtinute au fost comparate cu rezultatele numerice si experimentale gasite in literatura de specialitate [3]. Figurile 5 si 6 prezinta comparatiile dintre modelul CSF si CSS aratand eroarea fata de corelatia lui Taylor (Figura 5) dar si comparatia celor doua modele cu datele gasite in literatura (Figura 6).

Fig. 5 – Comparatie intre modelele CSS si CSF

Fig. 6. Comparatie intre datele obtinute si datele din literatura

Din figurile de mai sus se poate observa ca parametrul L/D este mai apropiat de corelatia lui Taylor daca modelul CSF este utilizat. Cu toate ca la inceput forma si comportamentul instabilitatii Rayleigh – Taylor au fost mai bine reproduse de modelul CSS, eroarea fata de corelatia lui Taylor este mai mica in cazul utilizarii modelului CSF.

Folosind modelul de turbulenta k-ε RNG combinat cu modelul CSF pentru tensiunea superficiala, valoarea numerica a lui L/D este mai apropiata de corelatia lui Taylor, iar instabilitatile jetului sunt corect reproduse. Asa cum se poate observa in Figura 6, abordarea numerica folosita (notata cu POLIMI2015) este mai apropiata de datele experimentale si de corelatia lui Taylor decat rezultatele obtinute in studiile anterioare [3].

Modelul astfel validat va fi folosit pentru a simula experimentele efectuate cu duza de 1,8mm, experimente pentru care exista mai multe date. Astfel, vor fi investigate instabilitatile jetului si influenta lor asupra ruperii, dar si racirea jetului.

Rezultate

Forma jetului si prezenta instabilitatilor

Au fost realizate simulari pentru numerele Weber 10, 24 si 63, numere pentru care exista si date experimentale.

Pentru Wea=10 o comparatie intre forma jetului obtinut numeric (dreapta) si cel experimental (stanga) este prezentata in Figurile 2 (a) si (b).

b)

Fig. 2 – Instabilitati si ruperea jetului pentru Wea=10

Figurile 2 (a) si (b) arata ca instabilitatile Kelvin-Helmholtz si Rayleigh-Taylor sunt reproduse corect de modelul numeric. Forma de ciuperca intoarsa se datoreaza instabilitatii Rayleigh-Taylor. Aceeasi forma a fost gasita si in literatura pentru injectia de metal lichid in apa [4].

Oscilatiile stanga-dreapta ale jetului sunt caracteristice instabilitatii Kelvin-Helmholtz si sunt prezente atat in simularea numerica cat si in experiment. Dupa cum se observa in Figura 2 b, modul de rupere din simulare este similar cu cel intalnit in experiment. O alta asemanare o constituie particulele si picaturile ce se desprind de jet. Asa cum arata simularea, in prima faza efectul de imprastiere al particulelor este datorat instabilitatii Rayleigh-Taylor. Picaturile de metal lichid se desprind din varful jetului in timp ce acesta avanseaza prin apa. Pe masura ce instabilitatea Kelvin-Helmholtz se dezvolta, picaturi se desprind si din corpul jetului, iar in final cand instabilitatea Rayleigh-Taylor dispare, Kelvin-Helmoltz este singura responsabila pentru particulele si picaturile ce se desprind din jet. Experimental a fost observat faptul ca instabilitatea devine mai puternica cu cresterea numarului Weber.

Pe baza teoriei, au fost asteptate cele doua instabilitati care au aparut.

In Figura 3, este prezentata aceeasi comparatie intre modelul numeric si experiment dar numarul Weber a fost marit la 63.

Fig. 3 – Instabilitatile si ruperea jetului pentru Wea=63

Se poate observa in Figura 3 ca imprastierea metalului lichid este mai mare in acest caz, lucru care se intampla si in simularea numerica. Instabilitatea Kelvin-Helmholtz este mai intensa in acest caz iar vartejurile mici ce se formeaza pe interfata pot fi observate. Din aceste vartejuri, se desprind picaturi mici de metal lichid. Comportamentul particulelor desprinse in simulare a fost similar cu cel al particulelor din experiment si anume particulele desprinse se deplaseaza incet spre partea inferioara a bazinului.

Lungimea de rupere

Lungimea de rupere a fost masurata atat pentru partea experimentala cat si pentru cea numerica. Rezultatele obtinute sunt prezentate in Figura 4.

Fig. 4 – L/D obtinut numeric si experimental

Graficul din Figura 4 arata ca modelul creat genereaza rezultate apropiate de relatia lui Taylor, iar eroarea maxima a fost de 35%. Tot din grafic se observa o crestere a erorii numerice fata de relatia lui Taylor cu cresterea numarului Weber.

Diferentele fata de datele experimentale sunt de 21% in cazul Wea=10, 47% in cazul Wea=24 si de 98% in cazul Wea=63

Cazurile rulate sunt prezentate in Figura 5.

Fig. 5 – Rulari pentru duza de 1,8mm

Pentru Wea=10 eroarea fata de relatia lui Taylor a fost de 3% (L/D=16,5) iar fata de datele experimentale a fost de 21% (L/D=14).

In cazul rularii cu Wea=24 eroarea fata de relatia lui Taylor se mareste la 9% iar fata de datele experimentale ajunge la 24%.

Eroarea cea mai mare este inregistrata in cazul Wea=63, numar la care apare atomizarea jetului.

In Figura 6 este prezentata injectia de metal lichid in rezervorul de apa pentru numarul Wea=63.

Fig. 6 – Injectia de metal lichid pentru Wea=63

Se poate observa din Figura 6 ca o multime de picaturi se desprind din coloana principala de metal lichid. Acest comportament a fost observat si in timpul experimentului. Vartejurile ce se formeaza duc la desprinderea de picaturi din coloana principala de metal lichid si pe masura ce evolueaza vor conduce la miscarile stanga-dreapta ale jetului de metal lichid. Din acest moment, evolutia injectiei va duce la ruperea jetului si la formarea de picaturi. S-a observat ca la fel ca si in experiment, instabilitatile au un efect maxim la inceputul injectiei ducand la ruperea initiala a jetului. Apoi coloana de metal lichid avanseaza si odata cu aceasta avanseaza si instabilitatile, lasand partea superioara a jetului mai stabila.

Formarea instabilitatii Kelvin-Helmholtz este de asemenea confirmata si de vectorii de viteza prezentati in Figura 7.

b)

Fig. 7 – Vectori de viteza ai metalului lichid (a) si ai apei (b)

Vectorii de viteza arata o viteza mai mica pe interfata, in locurile in care jetul de metal lichid este afectat de instabilitati. Doua mari vartejuri sunt observate in apa de o parte si de alta a coloanei de metal lichid. Aceste vartejuri duc la o miscare verticala in apa ce are o viteza de 1m/s. Particulele ce sunt prinse in aceste vartejuri sunt initial ridicate iar apoi incep sa coboare usor spre partea inferioara a bazinului. Aceasta miscare a fost observata si experimental, iar numeric s-au gasit vartejurile responsabile pentru acest lucru.

Influenta instabilitatilor asupra temperaturii

In rapoartele anterioare s-a aratat ca numarul Weber are o influenta asupra temperaturii jetului datorita diferitelor instabilitati si mecanisme de rupere ce apar. In incercarea de a intelege cum instabilitatea Kelvin-Helmholtz afecteaza racirea metalului lichid, modelul termic a fost adaugat pentru Wea=63.

In Figura 8 este aratata temperatura metalului lichid pe masura ce jetul avanseaza in bazinul de apa.

Temperatura jetului este mai mare in mijloc si descreste mergand spre partea exterioara a acestuia. Partea centrala are o temperatura aproape egala cu temperatura de intrare a metalului lichid. Pe masura ce instabilitatile se dezvolta scade si diametrul jetului. In acest caz racirea este imbunatatita iar temperatura jetului scade mai repede. In Figura 8 (a) se poate observa in partea superioara un jet aproape drept cu instabilitatea Kelvin-Helmholtz in lateral. Pe masura ce jetul avanseaza, instabilitatile cresc si in Figura 15 (b) o miscare a jetului catre stanga poate fi observata in partea superioara. Temperatura in mijloc se mentine la 360,15K (87oC). In urmatoarele figuri (c), (d), (e) si (f) se observa cum temperatura descreste datorita imbunatatirii racirii in zona in care apar instabilitatile.

Ruperea jetului este de asemenea prezentata si se poate observa ca inainte de rupere jetul de metal lichid se ingusteaza in zona respectiva. Dupa rupere, se poate observa prezenta unui „film” de metal lichid si de asemnea se observa ca racirea este imbunatatita. In momentul in care varful jetului atinge placa de test, asa cum poate fi vazut in Figurile 8 (d), (e) si (f) temperatura metalului lichid descreste la 325,15K (52oC). Temperatura maxima obtinuta pentru acest caz in experiment a fost de 327,15K (54oC).

a b c

d e f

Fig. 8 – Temperatura metalului lichid pentru o injectie cu Wea=63

Studiu de caz privind etansareaunui orificiu

Introducere

Pe baza rezultatelor obtinute in capitolele anterioare, atat experimentale cat si numerice, inacest capitol se va demonstra modul de utilizare al modelului creat. Pentru aceasta se considera un orificiu de 5mm prin care apa curge dintr-un rezervor.

Scopul acestui studiu este de a aproxima cu ajutorul modelului numeric distanta optima de injectie si temperatura metalului lichid.

Pentru a stabilii datele problemei, se considera urmatoarele:

Temperatura apa: XXXX

Temperatura mediu ambiant: XXXX

Tinand cont de temperaturile mediului si de dimensiunea orificiului se alege o duza de XXXX mm in diametru si

Concluzii

Codul comercial ANSYS Fluent a putut fi utilizat cu succes pentru a reproduce injectia metalului lichid intr-un bazin cu apa. Au fost folosite si comparate modelele de turbulenta k-ε RNG si Realizable implementate in cod.

Comparatia celor doua modele a aratat ca modelul RNG este mai apropiat de datele experimentale gasite in literatura si astfel a fost ales pentru a simula si experimentele efectuate cu duza de 1,8mm.

Pentru tensiunea superficiala s-a efectuat o comparatie intre modelele CSF si CSS. Ambele modele reproduc corect instabilitatea Rayleigh-Taylor insa exista o diferenta la reproducerea instabilitatii Kelvin-Helmholtz, modelul CSS dezvoltand aceasta instabilitate doar la inceputul injectiei si nu pe tot parcursul acesteia asa cum a fost observat experimental. De asemenea comparatia celor 2 modele a aratat si o diferenta a parametrului L/D, unde modelul CSF a fost mai apropiat de datele experimentale.

Pentru validarea modelului au fost folosite atat date cantitative (L/D) cat si date calitative (prezenta si forma instabilitatilor).

In final modelul validat foloseste modelul de turbulenta k-ε RNG si modelul CSF pentru tensiunea superficiala.

Pe baza acestui model vor fi efectuate noi simulari ale experimentelor ce vor include si campul de temperaturi.

Concluzii

Studiul numeric a reusit sa reproduca cu succes instabilitatile observate experimental. Ruperea jetului a fost prezenta si s-a observat ca jetul se subtiaza inainte de rupere. Ruperea jetului de metal lichid duce la aparitia unor structuri subtiri de metal lichid, structuri ce au fost observate si experimental.

Cu ajutorul simularii numerice au fost gasite doua vartejuri ce se formeaza in apa in momentul injectiei. Aceste vartejuri ce antreneaza apa au o viteza de 1m/s si sunt responsabile pentru particulele de metal lichid ce urca si coboara in rezervorul de apa in momentul injectiei.

Modelul termic a fost folosit pentru o injectie cu Wea=63. Rezultatele au aratat modul in care instabilitatile afecteaza racirea jetului de metal lichid. Fara prezenta acestor instabilitati, oprirea scurgerilor de apa ar fi mult ingreunata deoarece s-a aratat ca temperatura metalului lichid in centrul jetului este aproximativ aceeasi cu temperatura metalului lichid la intrare. Astfel instabilitatile duc la marirea suprafetei de schimb termic si implicit la o racire mai buna a jetului ceea ce face ca atunci cand metalul lichid atinge placa de test, acesta sa se solidifice si astfel orificiul sa fie acoperit.

Modelul si simularile efectuate au aratat ca se poate folosi programul ANSYS FLUENT pentru simularea injectiei de metal lichid in apa. Astfel modelul validat si creat poate fi utilizat pentru a simula conditii reale de injectie si poate oferii unui eventual utilizator al tehnologiei de etansare cu metale lichide informatii despre temperatura de intrare a metalului lichid, distanta de injectie, etc.

Copyright Notice

© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.

Acest articol: Stadiul actual privind situatia de la central nucleara Fukushima Daichii. Introducere in problema scurgerilor de apa din reactoare Autor: Ing. Radu… [308709] (ID: 308709)

Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.

Stadiul actual privind situatia de la central nucleara Fukushima Daichii. Introducere in problema scurgerilor de apa din reactoare Autor: Ing. Radu… [308709]

Copyright Notice

AME Publishing Company. All rights reserved.Transl Gastrointest Cancer 20154(1):57-68 [631815]

Tema proiectului 3 [305251]

Proiect Final Proiecte Robert,alexandra,diana [619745]

Comunicare și Relații Publice, Facultatea de Litere [620210]

DEZVOLTAREA SPAȚIALĂ DURABILĂ A FRONTURILOR LA APĂ D IN [627803]

Substantivul (1) [605294]

Copyright Notice

Similar Posts