Modelización de la interacción de partículas con interfaces de solidificación

MARIO ROBERTO ROSENBERGER; AGALIOTIS, E. M.; SCHVEZOV, C. E.

La Plata, Argentina

Congreso; Congreso de la Asociación Física Argentina; 2005

Universidad Nacional de La plata

La interacción entreuna partícula y una interface sólido-líquido es un fenómeno general que se produce durante la solidificación de los materiales que contienen alguna fase dispersa particulada. El fenómeno incide en la distribución de las partículas, lo que a su vez determina sus propiedades mecánicas y físico-químicas. Se observó que para algunos sistemas partícula-sólido-líquido, las partículas pueden ser repelidas poruna interfaceque avanza. Establecer los casos en los cuales se produce la repulsión permitirá diseñar adecuadamente los procesos de fabricación de dichos materiales. El campo térmico generado por el movimiento de una interfase de solidificación hacia una partícula esférica fue modelado dinámicamente para estudiar las deformaciones de la interfase en relación con las diferentes propiedades térmicas de la partícula en una matriz sólido-líquida. La simetría del sistema permitió emplear un modelo de simetría axial en dos dimensiones. La simulación se realizó empleando análisis por elementos finitos. Se consideraron iguales densidades y capacidad calorífica para la partícula y la matriz. También se despreciaron las fuerzas convectivas en la faselíquida. Los resultados muestran una deformación cóncava de la interfase cuando la partícula presenta mayor conductividad térmica que la matriz, y una interfase convexa en el caso contrario. El caso límite, cuando ambas tienen el mismo valor de conductividad térmica la interface de solidificación es plana. Además, se estudiaron las fuerzas de arrastre que actúan sobre la partícula cuando la interface de solidificación es plana. Para ello se empleó un modelo de flujo de fluidos en estado estacionario con la partícula ubicada a diferentes distancias de la interface y con diferentesvelocidades de avance de la interface de solidificación. Los valores obtenidos se compararon con los obtenidos por la ecuación de Stokes modificada. Se utiliza el modelo de Lifshitz-Van der Waals para calcular las fuerzas de repulsión y se observa que, a bajos valores de la fuerza de repulsión la separación de equilibrio para que se produzca el estado estacionario de pushing es menor en el modelo simulado que en el modelo de Stokes, en cambio a mayores valores de la fuerza de repulsión ambos modelos indican una separación de equilibrio aproximadamente iguales independientemente de la velocidad de la interface.