Promoter: |
|
prof. dr hab. inż. Jerzy Banaszek |
|
Supporting Promoter: |
|
|
|
Reviewers: |
|
|
prof.dr hab.inż. Andrzej J. Nowak – PŚ prof.dr hab.inż. Piotr Furmański - PW |
|
Dziedzina: |
|
Dyscyplina: |
|
Abstract:
W prezentowanej rozprawie doktorskiej podjęto problem modelowania wieloskalowych procesów transportu masy, pędu, energii i koncentracji składnika roztworu, towarzyszących krystalizacji dwuskładnikowych stopów metali. Jedną z trudności napotykanych podczas tworzenia modelu numerycznego procesów transportu w ośrodku dwu-fazowym, rozdzielającym fazy stałą i ciekłą, jest formowanie się różnych struktur dendrytycznych, tj. macierzy· nieruchomych kryształów kolumnowych oraz ruchomych ziaren równoosiowych zanurzonych w cieczy. Ze względu na odmienne mechanizmy oporów przepływu występujących w każdym z tych obszarów konieczne jest rozróżnienie ich na poziomie modelu makroskopowego i zastosowanie właściwego opisu zjawiska konwekcyjno-dyfuzyjnego przenoszenia pędu. W związku z tym zaproponowano mikro-makroskalowy model oparty na teorii mieszanin, w którym, w odróżnieniu od dotychczas stosowanych uproszczonych modeli, zastosowano technikę śledzenia linii (powierzchni w geometrii 3D) rozdziału odmiennych morfologii dendrytów na stałej siatce objętości kontrolnych, w której wykorzystuje się znaną (z rozważań teoretycznych lub eksperymentów) kinetykę wzrostu pojedynczego kryształu.
W kolejnym etapie badań przeprowadzono hierarchiczną weryfikację dokładności poszczególnych części proponowanego modelu numerycznego i poprawności jego programu komputerowego. Wykazała ona zadawalającą dokładność proponowanego modelu i poprawność jego komputerowej implementacji. Przeprowadzona następnie analiza walidacyjna, w której porównano przewidywane numerycznie pola koncentracji z dostępnymi w literaturze wynikami eksperymentów dla procesu krystalizacji stopu Pb-48 % wag. Sn, potwierdziła także dobrą zgodność obliczeń z pomiarami.
Proponowany model pozwala uniknąć podstawowego niedostatku powszechnie stosowanej metody hybrydowej, tj. rozróżniania odmiennych struktur dendrytycznych przez stałą wartość punktu koherencji. Badania wykazały bowiem, że udział objętościowy fazy stałej zmienia się w czasie i wzdłuż frontu rozdzielającego obszary. Wykorzystując opracowany model symulacyjny przeprowadzono też pogłębioną analizę wpływu parametrów mikroskopowych modeli domykających, takich jak przepuszczalności i anizotropowości obszaru dendrytów kolumnowych oraz kinetyki wzrostu kryształu, na przewidywane makroskopowe pola prędkości, temperatury, koncentracji składnika rozpuszczonego i udziału fazy stałej w dwufazowej mieszaninie krzepnącego stopu.