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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2016.tde-14062016-102840
Documento
Autor
Nome completo
Alan Lamotte
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2015
Orientador
Banca examinadora
Martorano, Marcelo de Aquino (Presidente)
Cuppari, Marcio Gustavo di Vernieri
Veiga, Roberto Gomes de Aguiar
Título em português
Estudo da solidificação equiaxial utilizando o modelo do campo de fases tridimensional.
Palavras-chave em português
Estabilidade morfológica
Metal puro
Modelo do campo de fase
Modelos matemáticos
Simulação
Resumo em português
Este trabalho apresenta um estudo da solidificação de metais puros utilizando o modelo de campo de fases. O modelo é utilizado para simular a solidificação com o intuito de obter a morfologia da interface sólido-líquido sob diversas condições de transferência de calor. Foram realizados testes de validação comparando as morfologias da interface sólido-líquido obtida com as morfologias apresentadas em trabalhos anteriores para os casos bi e tridimensionais. O modelo do campo de fases adotado consiste principalmente de duas equações diferenciais: uma para calcular a variável de campo de fases e outra para calcular o campo de temperaturas. As equações foram solucionadas numericamente para um oitavo do domínio devido a simetria do problema. Os cálculos do modelo indicam que um sólido esférico com um raio inicial menor que o raio crítico de nucleação refunde. Entretanto uma esfera de raio maior cresce. Quando o sólido inicial cresce em uma malha numérica relativamente grosseira, a forma do sólido desvia da forma esférica devido perturbações na interface sólido-líquido. Quando a malha é refinada, as perturbações não são detectadas; contudo, quando introduzidas artificialmente as perturbações crescem e distorcem o formato esférico.
Título em inglês
Study of the equiaxed solidification using the three-dimensional phase-field model.
Palavras-chave em inglês
Mathematical models
Morphological stability
Phase field model
Pure metal
Simulation
Resumo em inglês
This work presents a study of the solidification of pure metals using the phase field model. The model is used to simulate solidification in order to obtain the morphology of the solid-liquid interface under different heat transfer conditions. Validation tests were performed comparing the morphology of the solid-liquid interface with the morphologies obtained from previous works for two and three dimensional cases. The adopted phase-field model consisted mainly of two differential equations: one to calculate the field of phase variable and another for the temperature field. The equations were solved numerically in only one eighth of the domain owing to the symmetry of the problem. Model calculations show that a solid sphere with an initial radius smaller than the critical radius for nucleation shrinks, whereas a sphere with a larger radius grows. When it grows in a relatively coarse numerical mesh, the initial solid shape deviates from a sphere owing to perturbations at the solid-liquid interface. When the numerical mesh is refined, the growth of perturbations is not detected, but artificially introduced perturbations grow and distort the spherical shape.
 
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Data de Publicação
2016-06-15
 
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