محاسبه و بررسی میدان دما و شکل حوضچه مذاب در اثر گرمایش لیزری با استفاده از حل معادله هذلولوی حرارت

مطالعه انتقال حرارت هنگامی که پدیده ذوب و انجماد رخ می دهد دربسیاری از کاربردهای مهندسی از اهمیت بسزایی برخوردار است . برخی از این کاربردها عبارتند از : مسائل مربوط به جوشکاری، رشد کریستال، آبکاری فلزات، ریخته گری و …. خصوصیت مشترک تمام این مسائل وجود یک سطح مشترک که نواحی جامد و مایع را از یکدیگر جدا می کند می باشد . گسترش این طح به طرف ناحیه مایع یا جامد بستگی به گرادیان دمای دو طرف آن دارد و نرخ حرارت دفع شده از سطح مشترک جامد - مایع تعیین کننده نرخ انتشار سطح مزبور می باشد . در سالهای اخیر استفاده از انرژی لیزر جهت ذوب کردن مواد مورد توجه زیادی قرار گرفته است . در این مقاله یک جسم نیمه بینهایت را در معرض تابش اشعه لیزر قرار داده و در پی بدست آوردن میدان دما و شکل حوضچه مذاب با در نظر گرفتن سرعت انتقالی اشعه هستیم . برای بدست آوردن دمای گذرای نقاط مختلف جسم و نرخ رشد حوضچه مذاب، معادله انتقال حرارت هذلولوی به روش تفاضل محدود صریح حل شده است . روش انتالپی به صورتی تصحیح شده است که دمای شبکه ای که سطح مشترک جامد و مایع در آن قرار گرفته ، لازم نیست که برابر مقدار ثابت دمای ذوب باقی بماند و در عوض بوسیله ترکیب شرایط مرزی انرژی بر روی سطح مشترک جامد - مایع، در هر قدم زمانی یک دمای جدید برای هر گره بدست می آید . سطح مقطع اشعه را دایره ای در نظر گرفته و اثر سرعت بر روی نتایج به این صورت است که با افزایش سرعت اندازة حوضچه مذاب کاهش می یابد و میدان دما و شکل حوضچه مذاب از حالت تقارن خارج می شوند . بنابراین بایستی مسئله را به صورت سه بعدی در نظر گرفت و حل کرد .

Keywords:

انرژی لیزر , جسم نیمه بی نهایت , حوضچه مذاب , انتالپی , اشعه دایره ای