Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen DavazdahEmami,Ahmad Reza Pishevar,Hamidreza Salimi jazi
محسن دوازده امامی (استاد راهنما) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) حمیدرضا سلیمی جزی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hadi Safaei
هادی صفائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Simulation of Production Process and the Impact of a Hollow Particle on a Surface in Thermal Spray Process, Using the Compressible Volume of Fluid Model
At the beginning of this study, the production process of hollow particles from the agglomerated particles is addressed analytically and numerically. The important parameters affecting this process, in particular, the initial porosity level of particles are investigated. In the analytical model, the possibility of a solid core existing in agglomerated particles is examined. In this model, a range of particle diameters (50 ?m ? D p0 ? 160 ?m) are considered. The numerical model employs the VOF technique for two-phase compressible flows. Simulation results of the analytical model indicate that the solid core diameter is independent of the initial porosity, whereas the thickness of the particle shell strongly depends on the initial porosity. In the next step, impact of a hollow droplet o a surface is simulated. An open-source, finite-volume based CFD code was used to perform the simulations, where appropriate sub-programs were added to handle the studied cases. Results showed that at high impact velocities ( ),the droplet splashed explosively. Compressibility effects result in a more porous splat, compared to the corresponding incompressible model. Moreover, the compressible model predicted a higher spread factor than the incompressible model, due to planetary structure of the splat. Key Words : Compressible flow, VOF model, Thermal spray coating, Hollow sphere particle, OpenFOAM, Solidification.
برخورد قطره به سطح و انجماد آن‌، کاربردهای مختلفی در صنعت دارد. از جمله کاربردهای این پدیده می‌توان به فرایند پوشش‌دهی اسپری حرارتی اشاره کرد که در آن تعداد زیادی از ذرات ذوب شده، شتاب‌دهی شده، به سطح هدف برخورد کرده و یک لایه پوششی محافظ بر روی آن تشکیل می‌دهند. شبیه‌سازی عددی برخورد اسپری به سطح، با در نظر گرفتن کل قطرات، و فعل و انفعال مابین قطرات با یکدیگر و یا مابین قطرات و سطح، امکان‌پذیر نیست. از این رو معمولاً برخورد یک تک قطره به سطح، شبیه‌سازی عددی می‌شود. هدف از تحقیق حاضر، شبیه‌سازی برخورد قطره توخالی به سطح، شناسایی پارامترهای تأثیرگذار در فرایند برخورد و بررسی اثرات گاز محیط و گاز محبوس، بر دینامیک قطره است. با توجه به سرعت‌های بالای برخورد، از یک مدل عددی بر مبنای کسر حجمی سیال (VOF) برای جریان‌های تراکم‌پذیراستفاده شده است. تأثیر سرعت برخورد، ضخامت پوسته و حالت قطره (از لحاظ مذاب یا نیمه مذاب بودن) بر دینامیک برخورد مشخص شده است. در حالت نیمه مذاب به اطلاعات هندسی قطره تو خالی نظیر قطر قطره، قطر هسته جامد و ضخامت پوسته نیاز است. تمامی این اطلاعات از داده‌های آماری در دسترس نیست. از این رو قبل از شبیه‌سازی برخورد قطره توخالی به سطح، ابتدا فرایند تولید ذره توخالی از ذره آگلوموره به روش تیمار پلاسما، با ارائه مدل تحلیلی و همچنین با شبیه‌سازی عددی بررسی شده است. از اطلاعات بدست آمده از مدل تحلیلی به عنوان داد‌ه‌های ورودی برای شبیه‌سازی عددی برخورد قطره توخالی نیمه مذاب به سطح استفاده شده است. شبیه‌سازی‌های عددی با کمک نرم‌افزار اپن‌فوم انجام شده است. شبیه‌سازی فرایند تولید ذرات توخالی به صورت سه بعدی بوده است و شبیه‌سازی برخورد قطره به سطح، در مواردی به صورت دو بعدی با تقارن محوری و در مواردی به صورت سه بعدی انجام شده است. نتایج تحقیق حاضر نشان می‌دهد در تولید ذره توخالی از ذره آگلوموره، در صورت کم بودن تخلخل اولیه ( )، ذره متخلخل تولید می‌شود. در حالی که اگر تخلخل اولیه زیاد باشد ( )، ذره توخالی تشکیل می‌شود. نتایج دیگر تحقیق بیانگر آن است که در سرعت‌های بالای برخورد قطره تو خالی به سطح ( )، تراکم‌پذیری گاز نقش به سزایی بر دینامیک برخورد ایفا می‌کند. در این حالت قطره به صورت انفجاری متلاشی شده و با افزایش سرعت برخورد، متلاشی شدن قطره شدیدتر می‌شود. استفاده از مدل تراکم‌پذیر، اسپلتی با تخلخل بیشتر را نسبت به مدل تراکم‌ناپذیر پیش‌بینی می‌کند. با کاهش ضخامت پوسته احاطه کننده گاز، قطره در محل برخورد دچار گسیختگی شده و همزمان دو جت ناهمسو یکی از مرکز و دیگری از اطراف نقطه برخورد تشکیل می‌شوند. در این حالت اسپلت حاصل دارای تخلخل بیشتری است. در صورت وجود هسته جامد مرکزی در قطره توخالی، فشار در نقطه برخورد نسبت به حالتی که قطره کاملا مذاب است بیشتر شده ( P =40 Mpa)، که این امر پیوند مکانیکی قطره با سطح را تقویت می‌کند. نتایج تحقیق حاضر نشان می‌دهد که در اطراف هسته جامد، مقداری هوا به دام میفتد که باعث کاهش پیوند مکانیکی بین لایه‌ها شده و همچنین ضریب انتقال حرارت مؤثر نیزکاهش می‌یابد. کلمات کلیدی : 1- سیال تراکم‌پذیر 2- پوشش‌دهی پاشش حرارتی3- قطره تو خالی 4- انجماد 5- کسر حجمی سیال.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی