Modelización Numérica de la Interacción de partículas esféricas durante la solidificación de materiales: Interfase Cóncava

ELIANA M. AGALIOTIS; MARIO R. ROSENBERGER; ALICIA E. ARES; CARLOS E. SCHVEZOV

Posadas, Misiones

Jornada; VII Jornadas Científico Tecnológicas FCEQyN - UNaM.; 2009

Universidad Nacional de Misiones

Se estudió la interacción entre una interfase de solidificación y una partícula esférica en el material fundido. El movimiento de la interfase hacia una partícula genera interacciones entre la interfase y la partícula. En esta interacción intervienen dos fuerzas principales, la de arrastre de fluido y la de repulsión sobre la partícula. Se sabe que la interfase se deforma en las proximidades de la partícula dependiendo de la relación entre las propiedades térmicas del líquido fundido, el sólido y la partícula. En este trabajo se presenta el caso particular de una interfase de solidificación cóncava y una partícula esférica, que se observa cuando la partícula es conductora respecto al líquido fundido. A los efectos de simplificar el análisis se desacoplaron los campos térmicos y de fluidos. La simetría del sistema permitió emplear un modelo de simetría axial. Primero se calculó el campo térmico de donde se obtuvo la forma de la interfase en función de la posición. Luego, se tomaron diferentes posiciones de la interfase respecto a la partícula, los cuales representaron diferentes dominios para el cálculo de flujo de fluidos entre interfase y partícula. Las simulaciones del campo térmico y de fluidos se realizaron empleando el método de elementos finitos.Las fuerzas de arrastre y repulsión son calculadas independientemente y luego combinadas para obtener el valor de equilibrio. Las fuerzas de arrastre son calculadas a partir del modelo de flujo de fluidos, en función de la velocidad de avance de la interfase, el radio de la partícula y la separación partícula-interfase. Las fuerzas de repulsión son calculadas utilizando integrando la ecuación de Lifshitz-van der Waals a partir de la forma y separación de la interfase calculada del modelo térmico.Calculadas las fuerzas de arrastre y de repulsión, son comparadas para obtener la velocidad donde se produce el equilibrio de éstas fuerzas para cada interfase. Se obtiene entonces una relación entre la separación partícula-interfase y la velocidad de avance de la interfase.Se compararon las fuerzas de arrastre obtenidas de una interfase plana y de una interfase cóncava, previamente calculada a partir de simulaciones del campo térmico. De tal comparación se observa que una interfase cóncava genera mayores fuerzas de arrastre que una interfase plana. Esto hace que la velocidad de equilibrio sea menor que la correspondiente a una interfase plana a igual radio de partícula, por lo tanto, la separación de equilibrio entre la partícula y la interfase para el estado de repulsión estacionario es menor para una interfase cóncava que para una interfase plana.