Estudio sobre la Dinámica de Vuelo y la Solidificación por Transferencia de Calor de Gotas de Metal durante el Proceso de Formación por Depósito por Spray Centrífugo
Autores: Li, Peng; Wei, Shizhong; Lei, Xianqing; Yang, Lu; Sun, Bo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Tecnología de formación
Deposición por pulverización centrífuga
Gotas
Solidificación
Trayectoria
Transferencia de calor
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 3
Citaciones: Sin citaciones
La tecnología de deposición por pulverización centrífuga, que se utiliza en el proceso de preparación de lingotes de formación casi neta, no solo reduce la segregación macroscópica y refina las microestructuras de los lingotes, sino que también tiene las características de una estructura de solidificación rápida. La trayectoria, velocidad, transferencia de calor y solidificación de las gotas de metal granulado por la fuerza centrífuga durante el vuelo afectarán la forma, precisión y microestructura del lingote. Por lo tanto, es necesario estudiar la dinámica y la historia térmica de las gotas en vuelo. En este estudio, se toma una sola gota como objeto. Considerando la resistencia del gas ambiente, se utilizaron la segunda ley de Newton, la teoría clásica de nucleación, la ley de enfriamiento de Newton y la ecuación de conservación de energía para establecer un modelo dinámico y un modelo de solidificación por transferencia de calor de gotas de metal líquido durante el vuelo. Se analizó la influencia de la velocidad del disco centrífugo en el diámetro de las gotas granulado. Se exploró la ley de variación de la trayectoria de vuelo y la velocidad de la gota. Se cuantificó el grado de sobreenfriamiento en la nucleación de gotas de metal y se reveló la influencia del diámetro de la gota, el sobrecalentamiento y otros factores en la transferencia de calor y la solidificación. Los resultados muestran que los resultados del cálculo numérico son básicamente consistentes con los resultados de investigaciones anteriores. La trayectoria de la gota es parabólica durante el vuelo. La velocidad inicial de la gota, la resistencia del gas ambiental y el coeficiente de transferencia de calor por convección están correlacionados positivamente con la velocidad de rotación del disco centrífugo; sin embargo, el diámetro de la gota está correlacionado negativamente con la velocidad de rotación del disco centrífugo. El grado de sobreenfriamiento en el momento de la nucleación de la gota y el tiempo de vuelo requerido para la solidificación están correlacionados negativamente con el diámetro de la gota. Entre ellos, el diámetro de la gota tiene una relación lineal con el tiempo de inicio de la solidificación y una relación de curva cuadrática con el tiempo de finalización de la solidificación. El efecto del sobrecalentamiento en la transferencia de calor y la solidificación de las gotas no es obvio. Las conclusiones obtenidas pueden proporcionar una base teórica para la determinación de los parámetros del proceso de preparación.
Descripción
La tecnología de deposición por pulverización centrífuga, que se utiliza en el proceso de preparación de lingotes de formación casi neta, no solo reduce la segregación macroscópica y refina las microestructuras de los lingotes, sino que también tiene las características de una estructura de solidificación rápida. La trayectoria, velocidad, transferencia de calor y solidificación de las gotas de metal granulado por la fuerza centrífuga durante el vuelo afectarán la forma, precisión y microestructura del lingote. Por lo tanto, es necesario estudiar la dinámica y la historia térmica de las gotas en vuelo. En este estudio, se toma una sola gota como objeto. Considerando la resistencia del gas ambiente, se utilizaron la segunda ley de Newton, la teoría clásica de nucleación, la ley de enfriamiento de Newton y la ecuación de conservación de energía para establecer un modelo dinámico y un modelo de solidificación por transferencia de calor de gotas de metal líquido durante el vuelo. Se analizó la influencia de la velocidad del disco centrífugo en el diámetro de las gotas granulado. Se exploró la ley de variación de la trayectoria de vuelo y la velocidad de la gota. Se cuantificó el grado de sobreenfriamiento en la nucleación de gotas de metal y se reveló la influencia del diámetro de la gota, el sobrecalentamiento y otros factores en la transferencia de calor y la solidificación. Los resultados muestran que los resultados del cálculo numérico son básicamente consistentes con los resultados de investigaciones anteriores. La trayectoria de la gota es parabólica durante el vuelo. La velocidad inicial de la gota, la resistencia del gas ambiental y el coeficiente de transferencia de calor por convección están correlacionados positivamente con la velocidad de rotación del disco centrífugo; sin embargo, el diámetro de la gota está correlacionado negativamente con la velocidad de rotación del disco centrífugo. El grado de sobreenfriamiento en el momento de la nucleación de la gota y el tiempo de vuelo requerido para la solidificación están correlacionados negativamente con el diámetro de la gota. Entre ellos, el diámetro de la gota tiene una relación lineal con el tiempo de inicio de la solidificación y una relación de curva cuadrática con el tiempo de finalización de la solidificación. El efecto del sobrecalentamiento en la transferencia de calor y la solidificación de las gotas no es obvio. Las conclusiones obtenidas pueden proporcionar una base teórica para la determinación de los parámetros del proceso de preparación.