Validation of numerical model of a liquid flow in a tundish by laboratory measurements

Validación de un modelo numérico de flujo de líquido en una artesa mediante mediciones de laboratorio

El artículo presenta los resultados de la modelización física y numérica del flujo de acero a través de un artesón de una máquina de fundición continua. En los cálculos numéricos se comprobó la influencia de la densidad de la malla y la corrección de la descripción del flujo en la región próxima a la pared mediante el modelo de función de pared estándar. Los resultados obtenidos se verificaron utilizando resultados experimentales del campo de velocidad (método PIV) procedentes de un modelo de artesa de fundición de agua.

INTRODUCCIÓN

Si la investigación se llevara a cabo sobre un objeto metalúrgico, resultaría bastante difícil o incluso imposible debido a las altas temperaturas del proceso y al hecho de que el líquido (acero) no es transparente. Por ello, este tipo de investigación se lleva a cabo utilizando modelos físicos (de agua) que suelen ser a escala reducida. En la actualidad, se suelen utilizar modelos numéricos. En la modelización numérica de distintos tipos de flujos se utilizan los programas CFD (Computational Fluid Dynamics), que se basan en la mecánica numérica de los líquidos. El método CFD es uno de los elementos de la mecánica de líquidos que se basa tanto en métodos numéricos como en algoritmos utilizados para el análisis y la solución de diferentes problemas que describen el flujo de líquidos y gases. Aplicando la técnica CFD se construye un modelo virtual de un aparato o proceso utilizando las leyes del movimiento de líquidos en forma de ecuaciones matemáticas que describen la física del flujo. La técnica CFD acorta considerablemente el tiempo que transcurre entre el proyecto y la producción. Para lograr este objetivo se utilizan máquinas de cálculo más rápidas; la capacidad del procesador acorta el tiempo de investigación. A pesar de utilizar potentes procesadores de cálculo y mejorar continuamente los modelos matemáticos, sólo se obtiene una visión aproximada del problema estudiado. Por lo tanto, los resultados de la investigación experimental llevada a cabo en modelos de agua, aparte de los valores experimentales industriales, sólo se utilizan como base para la verificación de las simulaciones numéricas [1-6].

Los resultados presentados tratan del análisis del flujo de acero a través de una artesa de una máquina de colada continua (CC); este análisis se realizó utilizando ambos tipos de modelización. En los cálculos numéricos (CFD) se comprobó la influencia de la densidad de la malla y la corrección de la descripción del flujo en la región próxima a la pared; en este caso se utilizó el modelo de función de pared estándar (SWF). Los resultados obtenidos se verificaron utilizando resultados experimentales de un campo de velocidad (método PIV) procedente de un modelo de artesa de agua.

OBJETO Y METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

Se ha estudiado un distribuidor de agua de un filamento con una capacidad de 16 Mg (modelo físico a escala 1:3).