Modelado de las fuerzas de arrastre sobre una partícula esférica frente a interfases de solidificación cóncavas

• Autores: Agaliotis, Eliana Mabel; Rosenberger, Mario Roberto; Ares, Alicia Esther; Schvezov, Carlos Enrique
• Año de publicación: 2008
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Fuente: An. (Asoc. Fís. Argent., En línea) 2008;01(20):161-165
• Materia: ELEMENTOS FINITOS; SOLIDIFICACION; MATERIALES COMPUESTOS; INTERACCION SOLIDO-FLUIDO; MODELIZACION; COMPUTER SIMULATION OF SOLIDIFICATION; MELT GROWTH; PUSHING
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

La distribución de las partículas en materiales obtenidos por solidificación está condicionada por la interacción entre ellas y con la interfase de solidificación, obteniéndose diferentes propiedades mecánicas y físico-químicas. Se modeló y simuló la interacción entre una interfase de solidificación y una partícula esférica, inmersa en el material fundido, teniendo en cuenta que este fenómeno está regido por un equilibrio dinámico entre fuerzas de arrastre y repulsión que se manifiestan sobre la partícula. El modelo incluye dos fuerzas una de arrastre y otra de repulsión, calculadas por separado luego combinadas para obtener el valor de equilibrio. Utilizando dinámica de fluidos computacional se calculó la fuerza de arrastre sobre la partícula en función de la velocidad de solidificación, el radio de la partícula y la separación partícula-interfase. La fuerza de repulsión se calculó utilizando la ecuación de Lifshitz van der Waals integrando numéricamente según la forma y separación de la interfase. Se compararon las fuerzas de arrastre obtenidas con una interfase plana y con una interfase cóncava, ésta última fue calculada a partir de simulaciones del campo térmico. Los resultados muestran que una interfase cóncava genera mayores fuerzas de arrastre que una interfase plana a una misma separación de interfase. Esto hace que la velocidad crítica sea menor que la correspondiente para una interfase plana y un mismo radio de partícula
The pushing of particles by a solidifying interface is a phenomenon that generally occurs during solidification of a melt containing foreign or native particles. As a result, the particles could be segregated and affect the expected properties of the material. The interaction of a foreign particle with a solidifying interface is studied with numerical modelling. The model includes two main forces; the drag and the pushing forces. The drag force is calculated from the fluid flow, the repulsion force by the Lifshitz-Van der Waal model. The thermal field is decoupled from the force field. The model is applied to a metallic matrix and particles with similar and higher thermal conductivities; giving planar and concave interface shapes respectively. The steady state of pushing is studied for the same conditions and different solidification velocities and particle radius. The results show that a concave interface shape generates higher drag forces about one order the magnitude higher than those for a planar interface at the same separation. As a result the critical velocity is less than that corresponding to a planar interface
Fil: Agaliotis, Eliana Mabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET). CABA. Argentina
Fil: Rosenberger, Mario Roberto. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales. Programa de Materiales, Molización y Metrología (UNaM-FCEQyN). Misiones. Argentina
Fil: Ares, Alicia Esther. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET). CABA. Argentina
Fil: Schvezov, Carlos Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET). CABA. Argentina