MODELIZACIÓN DE LA INTERACCIÓN DE PARTÍCULAS CON INTERFASES DE SOLIDIFICACIÓN

Resumen

El campo térmico generado por el movimiento de una interfase de solidificación hacia una partícula esférica fue modelado dinámicamente para estudiar las deformaciones de la interfase en relación con las diferentes propiedades térmicas de la partícula en una matriz sólido-líquida. La simetría del sistema permitió emplear un modelo de simetría axial en dos dimensiones. La simulación se realizó empleando análisis por elementos finitos.
Los resultados muestran una deformación cóncava de la interfase cuando la partícula presenta mayor conductividad térmica que la matriz, y una interfase convexa en el caso contrario. El caso límite, cuando matriz y partícula tienen el mismo valor de conductividad térmica la interfase de solidificación es plana. Además, se estudiaron las fuerzas de arrastre que actúan sobre la partícula cuando la interfase de solidificación plana. Para ello se empleó un modelo de flujo de fluidos en estado estacionario con la partícula ubicada a diferentes distancias de la interfase y con diferentes velocidades de avance de la interfase de solidificación. Los valores obtenidos se compararon con los obtenidos por la ecuación de Stokes modificada. Se utiliza el modelo de Lifshitz-Van der Waals para calcular las fuerzas de repulsión y se observa que, a bajos valores de la fuerza de repulsión la separación de equilibrio para que se produzca el estado estacionario de pushing es menor en el modelo simulado que en el modelo de Stokes, en cambio a mayores valores de la fuerza de repulsión ambos modelos indican una separación de equilibrio aproximadamente iguales, independientemente de la velocidad de la interfase.