بررسي پروفيل دما در يك گرمايش ليزري با سطح مقطع و شدت اشعه متفاوت

بررسي پروفيل دما در يك گرمايش ليزري با سطح مقطع و شدت اشعه متفاوت

مطالعه انتقال حرارت هنگامي كه پديده ذوب و انجماد رخ مي دهد در بسياري از كاربردهاي مهندسي از اهميت بسزايي برخوردار است. برخي از اين كاربردها عبارتند از : مواردي از قبيل: جوشكاري، رشد كريستال، آبكاري فلزات، ريخته گري. خصوصيت مشترك تمام اين مسايل وجود يك سطح مشترك كه نواحي جامد و مايع را از يكديگر جدا مي كند، مي باشد. گسترش اين سطح به طرف ناحيه مايع يا جامد بستگي به گراديان دماي دو طرف آن دارد و نرخ حرارت دفع شده از سطح مشترك جامد- مايع تعيين كننده نرخ انتشار سطح مزبور مي باشد. در سالهاي اخير استفاده از انرژي ليزر جهت ذوب كردن مواد مورد توجه زيادي قرار گرفته است. در اين پروژه يك جسم نيمه بي نهايت در معرض تابش اشعه ليزر قرار گرفته و ميدان دما و شكل حوضچه مذاب ايجاد شده با در نظر گرفتن اثرسرعت انتقالي جسم بر روي ميدان دما و شكل و ابعاد حوضچه مذاب بررسي شده است. براي بدست آوردن دماي گذراي نقاط مختلف جسم و نرخ رشد حوضچه مذاب، معادله انرژي بر مبناي انتالپي به روش تفاضل محدود صريح حل شده است. براي استفاده از روش انتالپي ابتدا بايد اين روش را تصحيح كرد. روش انتالپي به صورتي تصحيح شده است كه دماي شبكه اي كه فصل مشترك جامد و مايع در آن قرار گرفته، لازم نيست كه برابر مقدار ثابت دماي ذوب باقي بماند. در عوض بوسيله تركيب شرايط مرزي انرژي بر روي سطح مشترك جامد و مايع، در هر گام زماني يك دماي جديدي براي گره مورد نظر محاسبه شده است. محاسبات براي اشعه با سطح مقطع دايره اي و بيضوي انجام شده و نتايج حاصل از حل عددي با نتايج تجربي مقايسه شده اند. اثر سرعت بر روي نتايج به اين صورت است كه ميدان دما و شكل حوضچه مذاب از حالت تقارن خارج مي شوند و با افزايش سرعت اندازه حوضچه مذاب كاهش مي يابد.

The rapid melting of a semi- infinite body due to the absorption of a CW laser beam radiation has been studied. The enthalpy technique for the solution of phase change problems has been used in an explicit finite difference form to calculate the transient temperature distribution in the semi-infinite body and the growth rate of the melt pool. The technique has been modified so that it is not necessary to assign a constant temperature, Tm, to the mesh element that contains the melt front. Instead, a new value of temperature is calculated for the grid point at each time step by incorporating the energy boundary condition at the solid- liquid interface. Calculations have been carried out for laser beam with circular and elliptical profile and for a range of material translational speeds. The numerical results were compared with the experimental data. Increasing the translational speed causes the heat affected zone and the size and shape of melt pool to become smaller.