Análisis y simulación del modelo térmico y viscoso del proceso de melt spinning

Resumen

El proceso de Melt Spinning es utilizado para la fabricación de cintas delgadas de materiales amorfos. El material se inyecta a través de una boquilla en estado líquido y se solidifica al entrar en contacto con una rueda rotante. En este trabajo se pretende encontrar mediante simulación computacional realizada con OpenFOAM® un perfil térmico del material desde su eyección por la boquilla hasta la conformación de la cinta propiamente dicha. Se utilizaun modelo de dos fases del tipo “Volume of Fluids” (VOF). A pesar de que ninguno de los dos fluidos(metal fundido y aire) puede considerarse compresible para las presiones de trabajo se utiliza un resolvedor de naturaleza compresible. Esto permite representar los cambios de densidad en el aire por cambios de temperatura y definir un modelotermo-físico para la aleación, no disponible en resolvedores de naturaleza incompresible. Para esto, se considera una aleación de conductividad térmica, calor específico y densidad constantes. El cambio de fase es representado por un modelo que relaciona viscosidad (𝜇) con temperatura (𝑇)  en el cual la viscosidad crece varios órdenes de magnitud cuando el material pasa por debajo de la temperatura de cristalización. Entre las opciones de modelos viscosos que ofrece OpenFOAM®, se selecciona un modelo polinómico cuyos coeficientes fueron determinados luego de expandir la relación 𝜇 = −𝑎(𝑇 −𝑇∗)7 +𝜇∗. Utilizando OCTAVE se modificaron los valores del coeficiente 𝑎, 𝑇∗ y 𝜇∗ hasta lograr una curva de ajuste [1]con la expansión de la función para obtener los coeficientes finales del polinomio dentro del rango de temperaturas de 600 a 1700ºC.