Modelización numérica de la interacción de partículas esféricas durante la solidificación de materiales: caso de una interfase cóncava

Abstract

El movimiento de una interfase de solidificación hacia una partícula esférica inmersa en el material fundido genera interacciones entre la interfase y la partícula, lo que afecta la distribución de las mismas 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 partículainterfase. 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.