Численное исследование влияния поверхностно-активного вещества на конвективный массоперенос при плавлении поверхности металла лазерным импульсом
Автор: Попов Владимир Николаевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 3 т.5, 2012 года.
Бесплатный доступ
Предложена математическая модель процесса легирования поверхности металла с помощью импульсного лазерного излучения, в которой учитывается зависимость температурного градиента поверхностного натяжения от концентрации поверхностно-активного вещества в расплаве и температуры разогрева. Проведено численное моделирование, результаты которого выявили развитие многовихревых течений, способствующих проникновению легирующего материала в глубину расплава.
Легирование металла, лазерное излучение, конвективный тепломассоперенос, численное моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/14320617
IDR: 14320617 | УДК: 519.6:532.517+621.7 | DOI: 10.7242/1999-6691/2012.5.3.29
Numerical study of the effect of a surface active agent on convective mass transfer in laser surface melting of metal
A mathematical model is proposed to describe the process of surface alloying of metals by laser pulses. The model takes into account the dependence of the surface tension gradient induced by temperature on the concentration of a surface active agent in the melt and on the heating temperature. Numerical simulation reveals the probability of occurrence of multi-vortex flows that promote the penetration of the alloying material into the metal.
Список литературы Численное исследование влияния поверхностно-активного вещества на конвективный массоперенос при плавлении поверхности металла лазерным импульсом
- Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. -М.: Энергоатомиздат, 1985. -208 с.
- He X., Fuerschbach P.W., DebRoy T. Heat transfer and fluid flow during laser spot welding of 304 stainless steel//J. Phys. D: Appl. Phys. -2003. -V. 36. -P. 1388-1398. DOI
- Uglov A.A., Smurov I.Yu., Taguirov K.I., Guskov A.G. Simulation of unsteady-state thermocapillary mass transfer for laser doping of metals//Int. J. Heat Mass. Tran. -1992. -V. 35, N. 4. -P. 783-793. DOI
- Smurov I., Covelli L., Tagirov K., Aksenov L. Peculiarities of pulse laser alloying: Influence of spatial distribution of the beam//J. Appl. Phys. -1992. -V. 71, N. 7. -P. 3147-3158. DOI
- Майоров В.С. Лазерное упрочнение металлов//Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок/Под ред. В.Я. Панченко. -М.: Физматлит, 2009. -С. 439-469.
- Багмутов В.П., Захаров И.Н. Моделирование тепловых процессов при поверхностной обработке неоднородных металлических тел высокотемпературным движущимся импульсным источником//Вычисл. мех. сплош. сред. -2011. -Т. 4, № 1. -С. 5-16. DOI
- Гладуш Г.Г., Лиханский В.В., Лобойко А.И. Влияние поверхностно-активных веществ на тепло-и массоперенос при плавлении поверхности вещества лазерным импульсом//Квант. электроника. -1997. -Т. 24, № 3. -С. 274-278. DOI
- Зуев А.Л., Костарев К.Г. Особенности концентрационно-капиллярной конвекции.//УФН. -2008. -Т. 178, № 10. -С. 1065-1085. DOI
- Бирих Р.В., Рудаков Р.Н. Влияние интенсивности адсорбционно-десорбционных процессов на концентрационную конвекцию около капли в горизонтальном канале//Вычисл. мех. сплош. сред. -2010. -Т. 3, № 1. -С. 24-31. DOI
- Sahoo P., DebRoy T., McNallan M.J. Surface tension of binary metal-surface active solute systems under conditions relevant to welding metallurgy//Metall. Mater. Trans. B. -1988. -V. 19, N. 3. -P. 483-491. DOI
- Ehlen G., Ludwig A., Sahm P.R. Simulation of time-dependent pool shape during laser spot welding: Transient Effects//Metall. Mater. Trans. A. -2003. -V. 34, N. 12. -P. 2947-2961. DOI
- Kawai Y. Diffusion of sulfur in liquid iron. I: Diffusion in pure iron//Sci. Rep. RITU. Ser. A. -1957. -V. 9. -P. 78-83.
- Höche D., Müller S., Rapin G., Shinn M., Remdt E., Gubisch M., Schaaf P. Marangoni convection during free electron laser nitriding of titanium//Metall. Mater. Trans. B. -2009. -V. 40, N. 4. -P. 497-507. DOI
- Harlow F.H., Welch J.E. Numerical calculation of time-dependent viscous incompressible flow of fluid with free surface//Phys. Fluids. -1965. -V. 8, N. 12. -P. 2182-2189. DOI
- Patankar S.V., Spalding D.B. A calculation procedure for heat, mass and momentum transfer in three-dimensional parabolic flows//Int. J. Heat Mass Tran. -1972. -V. 15, N. 10. -P. 1787-1806. DOI
- Chorin A.J. A numerical method for solving incompressible viscous flow problems//J. Comput. Phys. -1967. -V. 2, N. 1. -P. 12-26. DOI
- Самарский А.А., Николаев E.С. Методы решений сеточных уравнений. -М.: Наука, 1978. -592 c.
