Simulação numerica da transferencia de calor e massa na solidificação de ligas binarias, considerando instabilidades morfologicas

Abstract

Um modelo é proposto para solução numérica da transferência de calor e massa na solidificação unidirecional de ligas binárias hipoeutéticas, considerando a possibilidade da ocorrência de instabilidades morfológicas. São determinados o campo de entalpia, a distribuição de soluto, a velocidade de avanço da interface, bem como características da microestrutura de solidificação em função do tempo e da posição no domínio. A hipótese fundamental no presente trabalho é de que o efeito preponderante para os fenômenos de transporte, devido ao aparecimento de morfologias mais complexas, é o aumento da superfície entre o líquido e o sólido. É usada a teoria de estabilidade linear desenvolvida por Mullins e Sekerda, bem como as conclusões de Langer e Muller-Krumbhaar acerca do critério marginal de estabilidade, para incluir o efeito da instabilidade nos balanços térmico e mássico junto à interface. As equações de transporte de espécie química e de energia são resolvidas para as regiões líquida e sólida usando o método dos volumes finitos. Mediante a definição de uma interface itinerante entre os subdomínios correspondentes às regiões líquida e sólida, um conjunto completo de equações discretizadas é resolvido simultaneamente para todo o domínio. As comparações entre os resultados obtidos com o presente modelo e dados experimentais e teóricos da literatura, demonstram que o modelo e a metodologia de solução são capazes de rever a solidificação unidirecional de ligas binárias, mesmo quando ocorre o crescimento de estruturas celulares na interface de solidificação.