بررسی پروفیل دما در یک گرمایش لیزری با سطح مقطع و شدت اشعه متفاوت

مطالعه انتقال حرارت هنگامی که پدیده ذوب و انجماد رخ می دهد در بسیاری از کاربردهای مهندسی از اهمیت بسزایی برخوردار است. برخی از این کاربردها عبارتند از: مواردی از قبیل: جوشکاری، رشد کریستال، آبکاری فلزات، ریخته گری. خصوصیت مشترک تمام این مسائل وجود یک سطح مشترک که نواحی جامد و مایع را از یکدیگر جدا می کند، می باشد. گسترش این سطح 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 پروژه یک جسم نیمه بی نهایت در معرض تابش اشعه لیزر قرار گرفته و میدان دما و شکل حوضچه مذاب ایجاد شده با در نظر گرفتن اثرسرعت انتقالی جسم بر روی میدان دما و شکل و ابعاد حوضچه مذاب بررسی شده است. برای بدست آوردن دمای گذرای نقاط مختلف جسم و نرخ رشد حوضچه مذاب، معادله انرژی بر مبنای انتالپی به روش تفاضل محدود صریح حل شده است. برای استفاده از روش انتالپی ابتدا باید این روش را تصحیح کرد. روش انتالپی به صورتی تصحیح شده است که دمای شبکه ای که فصل مشترک جامد و مایع در آن قرار گرفته، لازم نیست که برابر مقدار ثابت دمای ذوب باقی بماند. در عوض بوسیله ترکیب شرایط مرزی انرژی بر روی سطح مشترک جامد و مایع، در هر گام زمانی یک دمای جدیدی برای گره مورد نظر محاسبه شده است. محاسبات برای اشعه با سطح مقطع دایره ای و بیضوی انجام شده و نتایج حاصل از حل عددی با نتایج تجربی مقایسه شده اند. اثر سرعت بر روی نتایج به این صورت است که میدان دما و شکل حوضچه مذاب از حالت تقارن خارج می شوند و با افزایش سرعت اندازه حوضچه مذاب کاهش می یابد.