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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions B 3/2021

20.04.2021 | Original Research Article

Assessment of Nusselt Number Correlations for Liquid Metals Applied in Alloying Processes in Turbulent Flows

verfasst von: Kinnor Chattopadhyay, R. D. Morales, A. Nájera-Bastida, J. Rodrìguez-Àvila, Carlos Rodrigo Muñiz-Valdés

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions B | Ausgabe 3/2021

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Abstract

There are many correlations for Nusselt numbers applied to calculate heat transfer between a fluid and a sphere. In all massive industrial processes of metal production, there is the need to calculate the melting times of metal additions during alloying operations. A multiphase mathematical model helps to assess the applicability of these correlations to actual industrial processes. This model simulates the heat transfer between solid particles and liquid steel under turbulence conditions during the tapping operation of steel with simultaneous argon bottom stirring. There are six recommendable correlations among the 16 most relevant available ones in the literature. These correlations apply to small Prandtl numbers (Pr = 0.01 to 0.2, i.e., metals) or medium magnitudes of Prandtl numbers (Pr = 1 to 10, air and water). Melting rates depend on the turbulence intensities and superheat of the metal. High superheats cause the hydrodynamic effects to have less influence on the melting time of alloying particles.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat A. Nájera-Bastida, J. Rodríguez-Ávila, J. J. Guarneros-Guarneros, R.D. Morales, K. Chattopadhyay: Metals 2020, 10, 1036.CrossRef A. Nájera-Bastida, J. Rodríguez-Ávila, J. J. Guarneros-Guarneros, R.D. Morales, K. Chattopadhyay: Metals 2020, 10, 1036.CrossRef
2.
Zurück zum Zitat K. Chattopadhyay, R. Morales-Davila, A. Nájera-Bastida, J. Rodríguez-Ávila, C.R. Muñiz-Valdés: Crystals 2020, vol. 10, 901.CrossRef K. Chattopadhyay, R. Morales-Davila, A. Nájera-Bastida, J. Rodríguez-Ávila, C.R. Muñiz-Valdés: Crystals 2020, vol. 10, 901.CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Haojian Duan, Lifeng Zhang, and Brian G. Thomas: Steel Res. Int., 2018, vol. 89, 1-8. DOI:10.1002/srin.201800288CrossRef Haojian Duan, Lifeng Zhang, and Brian G. Thomas: Steel Res. Int., 2018, vol. 89, 1-8. DOI:10.1002/srin.201800288CrossRef
4.
Zurück zum Zitat F.M. Penz and J. Schenk: Steel Res. Int., 2019, 90, 1-20. DOI: 10.1002/srin.201900124CrossRef F.M. Penz and J. Schenk: Steel Res. Int., 2019, 90, 1-20. DOI: 10.1002/srin.201900124CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Eckehard Specht and Rudolf Jeschar: Steel Res. Int., 1993, vol. 64, 28-34.CrossRef Eckehard Specht and Rudolf Jeschar: Steel Res. Int., 1993, vol. 64, 28-34.CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Olaf Ehrich, Yun K. Chuang and Klaus Schwerdtfeger: Arch. Eisenhuttenwes. 1979, vol. 50, 329-334. Olaf Ehrich, Yun K. Chuang and Klaus Schwerdtfeger: Arch. Eisenhuttenwes. 1979, vol. 50, 329-334.
7.
Zurück zum Zitat Franz Oeters, Liuyi Zhang, Christian Hauler, and Jurgen Leitner: Steel Res. 2000, vol. 71, 381-390.CrossRef Franz Oeters, Liuyi Zhang, Christian Hauler, and Jurgen Leitner: Steel Res. 2000, vol. 71, 381-390.CrossRef
8.
9.
Zurück zum Zitat A.I. Zografos, W.A. Martin and J.E. Sunderland: Comput. Methods Appli. Mech. Eng. 1987, 61, 177-187CrossRef A.I. Zografos, W.A. Martin and J.E. Sunderland: Comput. Methods Appli. Mech. Eng. 1987, 61, 177-187CrossRef
10.
Zurück zum Zitat L. Zhang, L. F. Oeters: Melting and mixing of alloying agents in steel melts. Verlag Stahleissen GmbH, Dusseldorf, 2006, pp. 1-20. L. Zhang, L. F. Oeters: Melting and mixing of alloying agents in steel melts. Verlag Stahleissen GmbH, Dusseldorf, 2006, pp. 1-20.
11.
Zurück zum Zitat R. I. L. Guthrie, R. Clift and H. Henein: Metall. and Mater. Trans. B., 1975, vol. 6B, pp. 321-329.CrossRef R. I. L. Guthrie, R. Clift and H. Henein: Metall. and Mater. Trans. B., 1975, vol. 6B, pp. 321-329.CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Webber, D.S.: Alloy dissolution in argon stirred steel, Ph.D. Thesis, Missouri University 1of Science and Technology, 2011 https://scholarsmine.mst.edu/doctoral_dissertations. Accessed 01 April 2020. Webber, D.S.: Alloy dissolution in argon stirred steel, Ph.D. Thesis, Missouri University 1of Science and Technology, 2011 https://​scholarsmine.​mst.​edu/​doctoral_​dissertations.​ Accessed 01 April 2020.
13.
Zurück zum Zitat H. Berg, H. Laux, S.T. Johansen and O.S. Kleven: Ironmaking & Steelmaking, 1999, vol. 26, pp. 127-139.CrossRef H. Berg, H. Laux, S.T. Johansen and O.S. Kleven: Ironmaking & Steelmaking, 1999, vol. 26, pp. 127-139.CrossRef
14.
Zurück zum Zitat M. Tanaka, D. Mazumdar and R.I.L. Guthrie: Metall. and Mater. Trans. B, 1993 vol. 24B, pp. 639-648.CrossRef M. Tanaka, D. Mazumdar and R.I.L. Guthrie: Metall. and Mater. Trans. B, 1993 vol. 24B, pp. 639-648.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat J. Rodríguez-Ávila, Rodolfo D. Morales and A. Nájera-Bastida: ISIJ Int, 2012, vol. 52, pp. 814-822.CrossRef J. Rodríguez-Ávila, Rodolfo D. Morales and A. Nájera-Bastida: ISIJ Int, 2012, vol. 52, pp. 814-822.CrossRef
16.
Zurück zum Zitat R.D. Morales, F. Calderón-Hurtado, K. Chattopadhyay, and S.J. Guarneros-Guarneros: Metall. Matter. Trans B, 2020, 51B, 628–648.CrossRef R.D. Morales, F. Calderón-Hurtado, K. Chattopadhyay, and S.J. Guarneros-Guarneros: Metall. Matter. Trans B, 2020, 51B, 628–648.CrossRef
17.
Zurück zum Zitat O. Dávila, R.D. Morales, and L. Garcia-Demedicis: Metall. Mater. Trans B 2006, 37B, 71-87.CrossRef O. Dávila, R.D. Morales, and L. Garcia-Demedicis: Metall. Mater. Trans B 2006, 37B, 71-87.CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Iida, T., Roderick I. L. Guthrie. (1988). The Physical Properties of Liquid Metals. London. Clarendon Press. Iida, T., Roderick I. L. Guthrie. (1988). The Physical Properties of Liquid Metals. London. Clarendon Press.
19.
Zurück zum Zitat H. Yang, S.P. Vanka, B.G. Thomas: ISIJ International, 2019, vol. 59, pp. 956–972.CrossRef H. Yang, S.P. Vanka, B.G. Thomas: ISIJ International, 2019, vol. 59, pp. 956–972.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat G.H. Yeoh and J. Tu: Computational Techniques for Multiphase-Flows. Butterworth-Heinemann, Oxford; 2010, pp. 192-200. G.H. Yeoh and J. Tu: Computational Techniques for Multiphase-Flows. Butterworth-Heinemann, Oxford; 2010, pp. 192-200.
22.
Zurück zum Zitat C.T. Crowe, J.D. Schwarzkopf, M. Sommerfeld, and Y. Tsuji: Multiphase Flow with Droplets and Particles, 2nd Ed., CRC Press, New York, 2012, pp. 67-110. C.T. Crowe, J.D. Schwarzkopf, M. Sommerfeld, and Y. Tsuji: Multiphase Flow with Droplets and Particles, 2nd Ed., CRC Press, New York, 2012, pp. 67-110.
23.
Zurück zum Zitat C.W. Wilcox: Turbulence Modeling for CFD, DCW Industries, La Cañada CA, 2000 DCW Industries, 2000, pp. 123–25. C.W. Wilcox: Turbulence Modeling for CFD, DCW Industries, La Cañada CA, 2000 DCW Industries, 2000, pp. 123–25.
24.
Zurück zum Zitat Chung, T.J. (2002). Computational Fluid Dynamics. London: Cambridge University Press, pp. 218-230. Chung, T.J. (2002). Computational Fluid Dynamics. London: Cambridge University Press, pp. 218-230.
25.
Zurück zum Zitat S. Pope: Turbulent Flows, Cambridge University Press, Cambridge, London 2000, pp. 387-462.CrossRef S. Pope: Turbulent Flows, Cambridge University Press, Cambridge, London 2000, pp. 387-462.CrossRef
26.
Zurück zum Zitat ANSYS, Inc.: www.ansys.com. Accessed 10 April 2019. ANSYS, Inc.: www.ansys.com. Accessed 10 April 2019.
27.
Zurück zum Zitat H. Ferziger and M. Peric: Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer, Berlin, 2002, pp. 72-74.CrossRef H. Ferziger and M. Peric: Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer, Berlin, 2002, pp. 72-74.CrossRef
28.
Zurück zum Zitat B. Bird, W.E. Stewart and E.N. Lightfoot: Transport Phenomena, Wiley Int., New York, London 1960, pp. 153-154. B. Bird, W.E. Stewart and E.N. Lightfoot: Transport Phenomena, Wiley Int., New York, London 1960, pp. 153-154.
29.
Zurück zum Zitat S.A. Morsi, and A.J. Alexander: J. of Fluid Mech., 1972, vol. 55, pp.193-208.CrossRef S.A. Morsi, and A.J. Alexander: J. of Fluid Mech., 1972, vol. 55, pp.193-208.CrossRef
30.
32.
Zurück zum Zitat F. Kreith, L.G. Roberts, J.A. Sullivan, S.N. Sinha: Int. J. Heat Mass Transfer, 1963, 6, 881-895.CrossRef F. Kreith, L.G. Roberts, J.A. Sullivan, S.N. Sinha: Int. J. Heat Mass Transfer, 1963, 6, 881-895.CrossRef
33.
34.
Zurück zum Zitat S.A. Argyropoulos and A.C. Mikrovas: Int. J. Heat Transf. Mass Transf. 1996, 39, 547-561.CrossRef S.A. Argyropoulos and A.C. Mikrovas: Int. J. Heat Transf. Mass Transf. 1996, 39, 547-561.CrossRef
35.
Zurück zum Zitat S. A. Argyropoulos, D. Mazumdar, A. Mikrovas and D. A. Doutre: Metall. and Met. Trans. B, 2001, vol. 32B, pp. 247-252.CrossRef S. A. Argyropoulos, D. Mazumdar, A. Mikrovas and D. A. Doutre: Metall. and Met. Trans. B, 2001, vol. 32B, pp. 247-252.CrossRef
36.
Zurück zum Zitat S. A. Argyropoulos, D. Mazumdar, A. Mikrovas and D. A. Doutre: Metall. and Met. Trans. B, 2001, vol. 32B, pp. 239-246.CrossRef S. A. Argyropoulos, D. Mazumdar, A. Mikrovas and D. A. Doutre: Metall. and Met. Trans. B, 2001, vol. 32B, pp. 239-246.CrossRef
37.
Zurück zum Zitat V. Isachenko, V. Osipova and A. Sukomel: Heat Transfer, MIR Publishers, Moscow, 1969, pp. 314-317. V. Isachenko, V. Osipova and A. Sukomel: Heat Transfer, MIR Publishers, Moscow, 1969, pp. 314-317.
38.
Zurück zum Zitat A.K. Shukla, R. Dmitry, O. Volkova, P.R. Scheller and B. Deo: Metall. Mater. Trans. B, 2011, 42B, 224-235.CrossRef A.K. Shukla, R. Dmitry, O. Volkova, P.R. Scheller and B. Deo: Metall. Mater. Trans. B, 2011, 42B, 224-235.CrossRef
39.
Zurück zum Zitat B. Melissari, S. A. Argyropoulos: International Journal of Heat and Mass Transfer 2005, vol. 48, pp. 4333–4341.CrossRef B. Melissari, S. A. Argyropoulos: International Journal of Heat and Mass Transfer 2005, vol. 48, pp. 4333–4341.CrossRef
41.
Zurück zum Zitat G. Vliet and G. Leppert: ASME Journal of Heat Transfer, 1961.vol. 83, pp.163–175.CrossRef G. Vliet and G. Leppert: ASME Journal of Heat Transfer, 1961.vol. 83, pp.163–175.CrossRef
42.
Zurück zum Zitat S. Aziz, W. Janna, G. Jakubowski, A comparison of correlations for forced convection heat transfer from a submerged melting ice sphere to flowing water, ASME Heat Transfer Division, 1995, vol. 334, pp. 329–334. S. Aziz, W. Janna, G. Jakubowski, A comparison of correlations for forced convection heat transfer from a submerged melting ice sphere to flowing water, ASME Heat Transfer Division, 1995, vol. 334, pp. 329–334.
43.
Zurück zum Zitat Y. Hao and Y. Tao: ASME Heat Transfer Division, 1999, vol. 364, pp. 207–212. Y. Hao and Y. Tao: ASME Heat Transfer Division, 1999, vol. 364, pp. 207–212.
44.
Zurück zum Zitat W.E. Ranz and W.R. Marshall: Chem. Eng. Prog. 1952, vol. 48, pp.173-180. W.E. Ranz and W.R. Marshall: Chem. Eng. Prog. 1952, vol. 48, pp.173-180.
Metadaten
Titel
Assessment of Nusselt Number Correlations for Liquid Metals Applied in Alloying Processes in Turbulent Flows
verfasst von
Kinnor Chattopadhyay
R. D. Morales
A. Nájera-Bastida
J. Rodrìguez-Àvila
Carlos Rodrigo Muñiz-Valdés
Publikationsdatum
20.04.2021
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions B / Ausgabe 3/2021
Print ISSN: 1073-5615
Elektronische ISSN: 1543-1916
DOI
https://doi.org/10.1007/s11663-021-02146-1

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