Modelización numérica y física de la interacción de partículas con interfases de solidificación. - Agaliotis, Eliana Mabel (2011)
Se analiza el fenómeno de pushing mediante modelos numéricos y analíticos de la interacción entre una interfase de solidificación y una partícula esférica, considerando un equilibrio dinámico entre fuerzas de arrastre y de repulsión. Ambas fuerzas son calculadas por separado y luego combinadas para obtener el valor de equilibrio. La fuerza de arrastre sobre la partícula se calculó utilizando la dinámica de fluidos computacional 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 en función de la forma y separación de la interfase. El modelo es aplicado a materiales que solidifican conteniendo partículas metálicas con conductividades térmicas iguales, menores y mayores que la matriz, que resultan en interfases de solidificación planas, convexas y cóncavas respectivamente. El fenómeno de pushing se analiza considerando diferentes velocidades de solidificación y tamaño de partículas. Se comparan las fuerzas de arrastre obtenidas a partir de las interfases planas, convexas y cóncavas. La forma de las interfases convexas y cóncavas se obtiene a partir de las simulaciones del campo térmico. Los resultados muestran que una interfase cóncava genera fuerzas de arrastre, hasta un orden de magnitud mayor que una interfase plana a una misma separación partícula-interfase, mientras que una interfase convexa genera menores fuerzas de arrastre que una interfase plana. A partir de los cálculos de las condiciones de equilibrio, se encontró que la velocidad crítica para una interfase cóncava es mayor que para una interfase plana, mientras que una interfase convexa presenta menor velocidad crítica que una interfase plana a una misma distancia y un mismo radio de partícula. De la comparación con los resultados experimentales se concluye que se puede predecir el rango de velocidades de solidificación en el cual se produce el estado estacionario de pushing.