مدل کردن جریان سیال مذاب و انتقال حرارت غیرفوریه ای در جوشکاری سوراخ کلیدی با قوس پلاسما

برای به دست آوردن دمای گذرای نقاط مختلف جسم و رشد حوضچه مذاب در جوشکاری سوراخ کلیدی با قوس پلاسما، معادلات پیوستگی و ممنتوم به همراه معادله انرژی حل می شوند. این آنالیز برای یک صفحه مستطیلی از جنس فولاد ضد زنگ 304 AISI با برنامه نویسی به زبان فرترن 90 انجام می شود. چون معادله انتقال حرارت فوریه ای در زمان های کوتاه و ابعاد بزرگ دقت کافی را ندارد، فرم غیر فوریه ای معادله انتقال حرارت استفاده شده است. منبع حرارتی گوسی به عنوان یک مدل منبع حرارتی در نظر گرفته می شود . معادلات حاکم برای جریان سیال توسط روش حجم محدود حل می شوند که در آن سرعت و فشار کوپل شده از روش سیمپل به دست آمده و از روش Power-Law و شبکه جابجا شده برای گسسته سازی معادلات استفاده می شود. همچنین از روش اختلاف محدود برای حل معادله ی انرژی استفاده می شود. تاثیر هدایت حرارتی، جریانات سیال و نیروهای وارده به حوضچه مذاب در فرآیند ذوب در نظر گرفته می شود. ویژگی های ترموفیزیکی از قبیل هدایت حرارتی، ظرفیت گرمایی و ویسکوزتیه دینامیکی تابعی از دما می باشند. انتقال حرارت به محیط اطراف توسط دو نوع مکانیزم انتقال حرارت تابش و همرفت صورت می گیرد. نتایج عددی به منظور اعتبارسنجی، با نتایج تجربی مقایسه می شوند. در انتها نتایج این مقاله برای همین مسئله با نتایج حاصل از فرض انتقال حرارت فوریه ای مقایسه می شوند. نتایج نشان می دهد که ضخامت حوضچه مذاب در جوشکاری سوراخ کلیدی با قوس پلاسما در سطح مقطع فلز و زمان رسیدن ناحیه ی مذاب به انتهای ضخامت فلز در مقایسه با اندازه گیری های تجربی تطابق خوبی دارند.