Simulação numérica da transferência de calor e massa na solidificação de ligas binárias
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 1993 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10183/189642 |
Resumo: | A presente tese trata da modelagem numérica do problema da solidificação de ligas binárias, especialmente as metálicas. Procura-se enfocar o problema tanto do ponto de vista metalúrgico como do ponto de vista de engenharia e ciências térmicas. Inicialmente aspectos gerais associados aos mecanismos de transferência de calor e massa na solidificação são abordados e diferentes formulações são revistas e apresentadas de forma detalhada. Os modelos clássicos que possuem soluções analíticas são revisados e discutidos em detalhe, culminando com o método integral. Já no âmbito dos métodos numéricos são apresentadas e discutidas formulações para os problemas de Stefan e Neumann, tanto em temperatura como em entalpia. Também são abordadas formulações capazes de considerar o movimento de fase líquida. Após a análise de substâncias puras e ligas eutéticas, passa-se às ligas que solidificam ao longo de uma faixa de temperaturas. Visando ilustrar o problema da solidificação sob o ponto de vista metalúrgico, aspectos específicos neste contexto são explorados A seguir é apresentado em forma detalhada um modelo que representa o estado da arte para a solidificação de misturas binárias. Limitações do modelo são apontadas, dentre as quais a hipótese simplificativa da existência de equilíbrio termodinâmico entre as fases, prejudicando um tratamento mais detalhado da interface. É proposto um modelo difusivo onde as fases sólida e líquida são tratadas de forma distinta, permitindo a não adoção da hipótese de equilíbrio termodinâmico entre as fases. O modelo é adequado para a simulação da transferência de calor e massa na solidificação direcional, mesmo em condições de elevada taxa de solidificação onde a interface entre as fases não é plana. A abordagem numérica baseia-se na metodologia de volumes finitos e todos os detalhes associados à discretização das equações diferenciais do problema são apresentados. São realizadas simulações com as ligas chumbo-estanho e alumínio-cobre. Os resultados destas simulações, tais como a composição final da peça, o tempo necessário para a solidificação, as velocidades de avanço da interface ao longo do processo e as frações de sólido a e sólido b, no caso da formação de eutético, são mostrados e discutidos. Finalmente analisa-se a influência sobre a solidificação da variação do grau de superaquecimento inicial da liga e do coeficiente de troca de calor aplicado na fronteira. |
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Vielmo, Horacio AntonioUniversidade Federal de Santa Catarina. Curso de Pos-Graduacao em Engenharia MecanicaPrata, Alvaro Toubes2019-03-28T04:09:02Z1993http://hdl.handle.net/10183/189642000240979A presente tese trata da modelagem numérica do problema da solidificação de ligas binárias, especialmente as metálicas. Procura-se enfocar o problema tanto do ponto de vista metalúrgico como do ponto de vista de engenharia e ciências térmicas. Inicialmente aspectos gerais associados aos mecanismos de transferência de calor e massa na solidificação são abordados e diferentes formulações são revistas e apresentadas de forma detalhada. Os modelos clássicos que possuem soluções analíticas são revisados e discutidos em detalhe, culminando com o método integral. Já no âmbito dos métodos numéricos são apresentadas e discutidas formulações para os problemas de Stefan e Neumann, tanto em temperatura como em entalpia. Também são abordadas formulações capazes de considerar o movimento de fase líquida. Após a análise de substâncias puras e ligas eutéticas, passa-se às ligas que solidificam ao longo de uma faixa de temperaturas. Visando ilustrar o problema da solidificação sob o ponto de vista metalúrgico, aspectos específicos neste contexto são explorados A seguir é apresentado em forma detalhada um modelo que representa o estado da arte para a solidificação de misturas binárias. Limitações do modelo são apontadas, dentre as quais a hipótese simplificativa da existência de equilíbrio termodinâmico entre as fases, prejudicando um tratamento mais detalhado da interface. É proposto um modelo difusivo onde as fases sólida e líquida são tratadas de forma distinta, permitindo a não adoção da hipótese de equilíbrio termodinâmico entre as fases. O modelo é adequado para a simulação da transferência de calor e massa na solidificação direcional, mesmo em condições de elevada taxa de solidificação onde a interface entre as fases não é plana. A abordagem numérica baseia-se na metodologia de volumes finitos e todos os detalhes associados à discretização das equações diferenciais do problema são apresentados. São realizadas simulações com as ligas chumbo-estanho e alumínio-cobre. Os resultados destas simulações, tais como a composição final da peça, o tempo necessário para a solidificação, as velocidades de avanço da interface ao longo do processo e as frações de sólido a e sólido b, no caso da formação de eutético, são mostrados e discutidos. Finalmente analisa-se a influência sobre a solidificação da variação do grau de superaquecimento inicial da liga e do coeficiente de troca de calor aplicado na fronteira.application/pdfporSolidificação de metaisTransferência de calorSimulação numérica da transferência de calor e massa na solidificação de ligas bináriasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisUniversidade Federal de Santa CatarinaCurso de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaFlorianópolis, BR-SC1993doutoradoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGSinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)instacron:UFRGSTEXT000240979.pdf.txt000240979.pdf.txtExtracted Texttext/plain252123http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/10183/189642/2/000240979.pdf.txtb3ebbb1769839d5248022c7753715f85MD52ORIGINAL000240979.pdfTexto completoapplication/pdf23349257http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/10183/189642/1/000240979.pdf783d97ae0584a256dd8b11379b3a5c33MD5110183/1896422019-05-05 02:33:32.234206oai:www.lume.ufrgs.br:10183/189642Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://lume.ufrgs.br/handle/10183/2PUBhttps://lume.ufrgs.br/oai/requestlume@ufrgs.br||lume@ufrgs.bropendoar:18532019-05-05T05:33:32Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)false |
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