شبیه‌سازی عددی و آشکارسازی جریان دوفازی گاز- پودر فلز در فرایند پوشش‌دهی لیزر

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

فناوری پوشش‌دهی به وسیله لیزر، در سال‌های اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته ‌است. پاشش پودر توسط گاز حامل از طریق نازل‌ها نقش تعیین‌کننده‌ای در کیفیت و کنترل فرآیند پوشش‌دهی توسط لیزر دارد، لذا، مطالعه‌ی آن اهمیت دارد. در این پژوهش، جریان دو فازی گاز- پودر فلز خروجی از نازل در یک فرآیند پوشش‌دهی توسط لیزر، شبیه سازی عددی شده و به منظور تأیید شبیه‌سازی عددی، نتایج آن با نتایج حاصل از بررسی تجربی جریان خروجی از نازل مقایسه می‌شود. شبیه‌سازی به صورت پایا، سه بعدی و توسط نرم افزار انسیس سی اف ایکس انجام گرفته است. بررسی تجربی توسط آشکارسازی جریان پودر انجام میشود. نتایج بررسی تجربی و شبیه‌سازی عددی انطباق مناسبی با هم دارند. در قسمت بعدی، اثرات پارامترهای مختلفی مانند دبی ذرات، دبی گاز حامل و گاز محافظ بر تمرکز ذرات مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج شبیه‌سازی نشان میدهد با کاهش دبی گاز حامل، میزان بیشینه تمرکز ذرات افزایش می‌یابد و مکان تمرکز ذرات به خروجی نازل نزدیکتر می‌شود. همچنین، افزایش دبی پودر، تنها تمرکز ذرات را افزایش می‌دهد و بر سایر پارامترهای جریان پودر بی تأثیر است. تغییر در دبی گاز محافظ نیز اثری بر رفتار جریان پودر ندارد.

کلیدواژه‌ها


[1] نبوی س، فرشیدیان فر ا، فرشیدیان فر م (1398) اساس لیزر و کاربرد آن در صنعت روز. مجله علمی مهندسی مکانیک 71-61 :(4)28.
[2] Toyserkani E, Corbin S (2005) Laser Cladding. 1st edn. CRC Press, Florida.
[3] Tan H, Zhang F, Wena R, Chen J, Huang W (2012) Experiment study of powder flow feed behavior of laser solid forming. Opt Laser Eng 50(3): 391-398.
[4] Liu J. Li L, (2005) Effects of powder concentration distribution on fabrication of thin-wall parts in coaxial laser cladding. Opt Laser Technol 37(4): 287-292.
[5] Zekovic S, Dwivedi R, Kovacevic R (2007) Numerical simulation and experimental investigation of gas–powder flow from radially symmetrical nozzles in laser-based direct metal deposition. Int J Mach Tool Manu 47(1): 112-123.
[6] Wen SY, Shin Yc, Murthy JY, Sojka SE (2009)  Modeling of coaxial powder flow for the laser direct deposition process. Int J Heat Mass Tran 52(25-26): 5867-5877.  
[7] Tabernero I, Lamikiz A, Ukar E, de Lacalle L, Angulo C, Urbikain G (2010) Numerical simulation and experimental validation of powder flux distribution incoaxial laser cladding. J Mater Process Tech 210(15): 2125-2134.
[8] Morville S, Carin M, Carron D, Le Masson P, Gharbi M, Peyre P, Fabbro R (2012) Numerical Modeling of Powder Flow during Coaxial Laser Direct Metal Deposition –Comparison between Ti-6Al-4V Alloy and Stainless Steel 316L. In: COMSOL Conference, Milan.  
[9] Lin, J (1999) Concentration mode of the powder stream in coaxial laser cladding. Opt Laser Technol 31(3): 251-257.
[10] Yang, N (2009) Concentration model based on movement model of powder flow in coaxial laser cladding. Opt Laser Technol 41(1): 94-98.
[11] Wang Z, Zhang A, Shang X (2009) 3-D Design and Numerical Simulation of Two-Phase Flow in the Laser Rapid Prototyping Coaxial Powder Delivery System. Tsinghua Sci Technol 14(1): 200-205
[12] Balu P, Leggett P, Kovacevic R (2012) Parametric study on a coaxial multi-material powder flow in laser-based powder deposition process. J Mater Process Tech 212(7): 1598-1610.
[13] هاشمی پرپنچی م، مؤیدی م، جباری ا (1397) شبیه‌سازی عددی جریان دو فازی ذرات معلق در هوا و مطالعه پیرامون رفتار ذرات گردوغبار تحت شرایط مختلف جوی و فرآیند رسوب ذرات گرد و غبار. نشریه علمی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 264-251: (2)8.
[14] جمشید اصلی د، عباسی ع (1392) شبیه سازی عددی دوفازی جریان و انتقال حرارت نانوسیال‌ها در میکرو چاه حرارتی با استفاده از مدل مخلوط همگن. نشریه علمی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 63-51 :(2)3.
[15] پرواز ف، رفعی ر، طالبی ف (1397) بررسی اثرات تغییر قطر لوله خروجی آئروسیکلون بر عملکرد آن در جریان دو فازی گاز و قطره. مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز 53-45 :(2) 48.
[16] خالقی ح، صدوقی ا (1400) بررسی عددی پاشش اسپری اتانول و استون در محیط گازی. نشریه مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر 7-7 :(5)53.
[17] ANSYS Inc (2013) ANSYS 14 CFX Userguide.
]18[ طاهریان غ، نیلی احمدآبادی م، ضابطیان م، کرباسی‌پور م (1393) بررسی دوبعدی جریان جابجایی آزاد حول یک استوانه افقی داغ غوطه ور در آب با استفاده از تکنیک PIV. نشریه علمی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 117-107 :(1)4.