Numerical study of a gas jet destined

to protect metal bath surfaces during refusion

 

Etude numérique d’un jet de gaz destiné à protéger la surface d’un bain métallique lors de la refusion

 

F. Yakhlef*, A. Khamlichi, A. Jabbouri, Ph. Bornout

Equipe MSSM, UAE-E28/FS, Faculté des Sciences de  Tétouan, Tétouan, Maroc

 Equipe MMS, UAE-E21/FST, Faculté des Sciences et Techniques de Tanger, Tanger,  Maroc

Institut de Mécanique de Marseille, Université Méditerranée, Marseille, France

* Corresponding author. E-mail: fatima_yakhlef@yahoo.fr

Received: 26 January 2009; revised version accepted: 11 March 2009

 

Abstract

     The objective of this study is to model the behaviour of a gas jet impacting a metal bath in order to protect its surface against oxidation. This process is often used in metallurgical industry. The gas and the liquid flows are modelled using the volumes of fluid technique (VOF). The equations of the problem are formulated using the density and the viscosity of the gas-liquid mixture which are expressed in terms of phase volume fractions. The k-e model is used to describe the turbulence of gas. The equations of the problem are solved in cartesian coordinates using the commercial code CFD, Fluent.  Focus is done in this work on speed and pressure field variations over the metallic bath surface as function of the gas jet rate, the jet inclination angle and the gas nature. The obtained results, according to various parametric studies, make it possible to analyze the modified morphology of the treated zone. The aim is obtaining the most regular possible metal bath surface after performing a gas jet treatment.

 

Key words: Gas jet impacting; Gas liquid interface; VOF; Refusion; oxidation.

 

Résumé 

     L’objectif de cette étude est de modéliser le comportement d’un jet de gaz, impactant un bain métallique afin de protéger sa surface contre l’oxydation. Ce procédé est souvent utilisé dans l’industrie métallurgique Les écoulements du gaz et du liquide sont modélisés en utilisant la technique des volumes de fluide (VOF). Les équations du problème sont formulées en utilisant la densité et la viscosité du mélange gaz liquide  qui sont décrites en termes de fractions de volume des phases. Le modèle k-e est utilisé pour décrire la turbulence du gaz. Les équations du problème sont résolues dans les coordonnées cartésiennes à l’aide du code commercial CFD, Fluent. Dans le cadre de ce travail, on a analysé la variation du champ de vitesse ainsi que celle du champ de pression sur la surface du bain en fonction du débit de gaz, de l’angle d’inclinaison du jet et de la nature du gaz de protection. Les résultats obtenus, suite à diverses études paramétriques, permettent d’analyser  la nouvelle morphologie de la zone traitée. Le but étant d’obtenir une morphologie la plus  régulière possible au niveau de la surface du bain métallique après le traitement par jet de gaz.

 

Mots clés : Jet de gaz impactant; Interface gaz liquide; VOF; Refusion; oxydation.

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