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      Modelling of the high pressure gas quenching: From gas flow to phase transformations

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          Abstract

          High pressure gas quenching is a process for the hardening of steel parts which allows flexibility of operations, a reduced environmental impact, and a potential for controlling distortions. However this process remains mainly devoted to carburizing process or to low cooling rates quenching. Modelling offers an interesting path for extending the applications for gas quenching and optimizing the process. An original numerical tool coupling fluid flow, heat transfer and phase transformations has been developed by coupling both numerical codes Fluent and Sysweld. First, the choice of the turbulence model used for the fluid flow calculation with Fluent is discussed for a simple geometry for which lots of experimental results exist in the literature. Then, an application example for cooling of a C80 steel cylinder is presented, focusing on the analysis of the influence of phase transformations on the evolution of the heat transfer coefficient with wall temperature.

          Kurzfassung

          Der Hochdruckgasabschreckprozess, der sich in den letzten Jahren immer weiter entwickelt hat, liefert dem Anwender Flexibilität, Umweltfreundlichkeit und ein Potenzial für die Kontrolle des Bauteilverzugs. Dieser Prozess wird aber meistens nur für ziemlich niedrige Abkühlgeschwindigkeiten (wie z.B. nach dem Aufkohlen) eingesetzt. Die numerische Simulation erlaubt es, Lösungen zu identifizieren, um die Anwendungspotenziale des Gasabschreckens zu erweitern und den Prozess zu optimieren. Ein numerisches Werkzeug, das Gasstrom, Wärmefluss und Phasenumwandlungen koppelt, wurde durch die Kopplung der Berechnungsprogramme Fluent und Sysweld entwickelt und wird hier vorgestellt. Die für die Gasstromberechnung angewendeten Bedingungen, hauptsächlich das Turbulenzmodell, werden zuerst für eine einfache Geometrie berücksichtigt, für die es zahlreiche experimentelle Ergebnisse in der Literatur gibt. Als Anwendungsbeispiel wird das Abkühlen eines C80-Stahlzylinders diskutiert. Eine Analyse des Einflusses der Phasenumwandlungen auf den Verlauf des Wärmeübergangskoeffizienten mit der Wandtemperatur des Werkstückes wird im Besonderen durchgeführt.

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          The numerical computation of turbulent flows

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            A Correlating Equation for Forced Convection From Gases and Liquids to a Circular Cylinder in Crossflow

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              Turbulence Modeling for CFD

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                Author and article information

                Journal
                htmd
                HTM Härtereitechnische Mitteilungen
                Carl Hanser Verlag
                0341-101X
                2194-1831
                2006
                : 61
                : 2
                : 93-102
                Author notes

                Jean-Francois Douce, born in 1979, has an engineer diploma of the Ecole des Mines de Nancy with a specialty in energetics and fluid mechanics. He is currently achieving a PhD thesis on the topic of the modeling of the high pressure gas quenching of steels.

                Prof. Dr. Sabine Denis, born in 1954, Engineer and PhD in Materials Engineering, Professor at University Henri Poincaré in Nancy, works with LSG2M (Laboratoire de Science et Génie des Matériaux et de Métallurgie) in the field of couplings between phase transformations – temperature and stresses.

                Prof. Dr. J. P. Bellot, 44 years old, Engineer and PhD in Materials Engineering, Professor at the Ecole des Mines de Nancy, is with the Laboratoire de Sciences et Génie des Matériaux et de Métallurgie, Parc de Saurupt, Nancy, France 54042.

                F. Chaffotte, 28 years old, Engineer in mechanical engineering, R&D project manager at Air Liquide, Claude-Delorme research center, Jouy-en-Josas, France.

                Dr. Giulio Pellegrino, 30 years old, Research Engineer at Air Liquide (Claude-Delorme research center, Jouy-en-Josas, France), PhD in fluid mechanics / numerical simulations, Master degree in aeronautical engineering.

                Überarbeiteter Vortrag, gehalten von J. F. Douce auf dem 60. HK, Kolloquium für Wärmebehandlung, Werkstofftechnik, Fertigungs- und Verfahrenstechnik, 6.-8. Oktober 2004 in Wiesbaden

                Article
                HT100367
                10.3139/105.100367
                © 2006, Carl Hanser Verlag, München
                Page count
                References: 23, Pages: 10
                Product
                Self URI (journal page): http://www.hanser-elibrary.com/loi/htme
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