INVESTIGADORES
ROSENBERGER Mario Roberto
congresos y reuniones científicas
Título:
Modelado de la solidificación de materiales: interacción de una partícula esférica con una interfase convexa
Autor/es:
AGALIOTIS, E. M.; MARIO ROBERTO ROSENBERGER; ARES, A.E.; SCHVEZOV, C. E.
Lugar:
Posadas
Reunión:
Encuentro; V Reunión de la Asociación Argentina de Cristalografía; 2009
Resumen:
El movimiento de una interfase de solidificación hacia una partícula esférica inmersa en el material
fundido genera interacciones entre la
interfase y la partícula. En esta
interacción intervienen dos fuerzas principales, la de arrastre de fluido y una
posible fuerza 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 convexa y una
partícula esférica,
que se observa cuando la partícula es aislante 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.
Debido a que
el proceso está regido por dinámica entre fuerzas de arrastre y repulsión, el modelo incluye ambas fuerzas, que
son calculadas independientemente y luego combinadas para
obtener el valor de equilibrio.
Con los resultados
del modelo de flujo de fluidos
se calculó la fuerza de arrastre sobre la partícula
en función de la velocidad de avance de la interfase y la separación
partícula-interfase. La fuerza de repulsión se calculó utilizando la ecuación
de Lifshitz-van der Waals integrando numéricamente 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.
Los resultados calculados para una interfase convexa
se comparan con los obtenidos anteriormente
para interfases planas. De tal
comparación se observa que una interfase convexa genera menores fuerzas de
arrastre que una
interfase plana. Esto hace que la velocidad de equilibrio sea mayor 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 mayor para una interfase convexa que
para una
interfase plana