شبیه‌سازی عددی افشانه گرمایی پلاسمایی

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 11، دوره 9، شماره 4، اسفند 1394، صفحه 107-128   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسنده

علی رضا گنجوئی^*

عضو هیات علمی

چکیده

پوشش هایی با کیفیت خوب به فهم مفصلی از اثرات گاز حامل روی افشانه پلاسما و رفتار ذره نیاز دارد. بنابراین، به عنوان یک پدیده مهم در پاشش پلاسمایی، تلاطم فشانه بوسیله جریان گاز حامل و ذرات و اثرات آن ها روی رفتار ذره به صورت محاسباتی و آز مایشگاهی بررسی می شود. بررسی آزمایشگاهی فرآیند افشانه پلاسما گرمایی مشکل است. بنابراین، برای آسان کردن فهم اثرات نرخ جریان گاز حامل روی خصوصیات افشانه پلاسما و ذره، شبیه سازی عددی دارای کاربرد زیادی است. در این مقاله، یک مدل سه بعدی افشانه پلاسما گرمایی به عنوان مخلوطی از آرگون- هیدروژن داخل اتمسفر ساکن به صورت عددی مورد شبیه سازی قرار گرفته است. اثر گاز حامل که به صورت عمودی تزریق می‌شود، بر رفتار ذره و گاز پلاسما مورد بررسی قرارگرفته است. ذرات به شکل کروی با اندازه میکرون مدل می‌شوند که برای توزیع آن‌ها مدل آماری گسسته در نظر گرفته می شوند. این مدل برای بررسی پدیده‌های فیزیکی ذرات از قبیل سرعت، دما، مسیر و همچنین اندازه ذره،ذوب و نوع گاز افشانه پلاسما و گاز حامل، جهت تأثیر بر عملکرد این فرآیند بسیار مفید است. با در نظر گرفتن گاز حامل با سرعت های خیلی پایین، بیشینه مقادیر سرعت و دمای سطح ذرات مشاهده شده اند.

کلیدواژه‌ها

کلمات کلیدی: افشانه گرمایی پلاسمایی؛ پردازش مواد؛ مدل‌سازی

مراجع

[1]     J. Ramshaw & C. Chang, “Computational fluid dynamics modeling of multicomponent thermal plasmas”, Plasma chemistry and plasma processing, Vol. 12, No. 3, pp. 299-325, 1992.

 

[2]     S. V. Patankar, “Numerical heat transfer and fluid flow”, Taylor & Francis, 1980.

 

[3]     http://www.wikipg.com/wiki.

 

[4]     http://coating.blogfa.com/post-25.aspx.

 

[5]     I. Ahmed & T. Bergman, “Simulation of thermal plasma spraying of partially molten ceramics: effect of carrier gas on particle deposition and phase change phenomena”, Journal of heat transfer, Vol. 123, No. 1, pp. 188-196, 2001.

 

[6]     Y. Wan, V. Prasad, G. X. Wang, S. Sampath & J. Fincke, “Model and powder particle heating, melting, resolidification, and evaporation in plasma spraying processes”, Journal of heat transfer, Vol. 121, No. 3, pp. 691-699, 1999.

 

[7]     C. Ang, A. Devasenapathi, H. Ng, S. Yu, & Y. Lam, “A proposed process control chart for DC plasma spraying process. Part II. Experimental verification for spraying alumina”, Plasma Chemistry and Plasma Processing, Vol. 21, No. 3, pp. 401-420, 2001.

 

[8]     L. Pawlowski, “The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings”, Guidford, Surrey: Wiley, Vol. 414, 1995.

 

[9]     H. B. XiongL. L. Zheng, S. Sampath,R. L. Williamson, & J. R. Fincke, “Three-dimensional simulation of plasma spray: effects of carrier gas flow and particle injection on plasma jet and entrained particle behavior”, International journal of heat and mass transfer, Vol. 47, No. 24, pp. 5189-5200, 2004.

 

[10] H. P. Li & X. Chen, “Three-dimensional modeling  of the turbulent plasma jet impinging upon a flat plate and with transverse particle and carrier-gas injection”, Plasma chemistry and plasma processing, Vol. 22, No. 1, pp. 27-58, 2002.

 

[11] K. Remesh, S. Yu, H. Ng & C. Berndt, “Computational study and experimental comparison of the in-flight particle behavior for an external injection plasma spray process”, Journal of thermal spray technology, Vol. 12, No. 4, pp. 508-522, 2003.

 

[12] B. M. Cetegen & W. Yu: Thermal Spray Technol, 1999.

 

[13] G. Mariaux, E. Legros & A. Vardelle, “Modeling of coating formation and heat flux to substrate by particles and plasma jet in plasma spraying”, Proceedings of the ITSC 2003: International Thermal Spray Conference 2003: Advancing the Science and Applying the Technology, pp. 895-903, 2003.

 

[14] M. Vardelle, P. Fauchais, A. Vardelle & K. I. Li, B. Dussoubs & N. Themelis, “Controlling particle injection in plasma spraying”, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 10, No. 2, pp. 267-284, 2001.

 

[15] B. Selvan, K. Ramachandran, K. P. Sreekumar & T. K. Thiyagarajan, P. V. Ananthapadmanabhan: Numerical and experimental studies on DC plasma spray torch, 2010.

 

[16] M. Leylavergne, B. Dussoubs, A. Vardelle & N. Goubot, J. Thermal Spray Technol. 7 Ž4. Ž1998. 527.

 

[17] E.  Pfender, Thin Solid Films 238 Ž1994. 228.

 

[18] B. Kear & P. Strutt, “Chemical processing and applications for nanostructured materials”, Nanostructured materials, Vol. 6, No. 1, pp. 227-236, 1995.

 

[19] M. Gell, “The potential for nanostructured materials in gas turbine engines”, Nanostructured Materials, Vol. 6, No. 5, pp. 997-1000, 1995.

 

[20] I. Ahmed, T. Bergman, “Three-dimensional simulation of thermal plasma spraying of partially molten ceramic agglomerates”, Journal of thermal spray technology, Vol. 9, No. 2, pp. 215-224, 2000.

 

[21] S. Salhi & N. Guessasma, Fenineche: Yttria-Stabilized Zirconia In-Flight Particle characteristics under vacuum plasma Spray Conditions, 2009.

 

[22] R. L. Williamson, J. R. Fincke & C. H. Chang: “A Computational Examination of the Sources of Statistical Variances in Particle Parameters During Thermal Plasma Spraying,” Plasma Chem. Plasma Process, Vol. 20, No. 3, pp. 299-324, 2000.

 

[23] S. Morsi & A. Alexander, “An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems”, J. Fluid Mech, Vol. 55, No. 2, pp. 193-208, 1972.

 

[24] W. Ranz & W. Marshall, “Evaporation from drops”, Chem. Eng. Prog, Vol. 48, No. 3, pp. 141-146, 1952.

 

[25] R. Williamson, J. Fincke, D. Crawford, S. Snyder, W. Swank & D. Haggard, “Entrainment in high-velocity”, high-temperature plasma jets.: Part II: computational results and comparison to experiment, International journal of heat and mass transfer, Vol. 46, No. 22, pp. 4215-4228, 2003.

 

[26] L. S. Fan & C. Zhu, “Principles of Gas –Solid Flows, Cambridge Series in Chemical Engineering”, ed: Cambridge University Press, United Kingdom, 1998.