Estudio numérico de los efectos de la atomización de fluidos gemelos en el proceso de pulverización por plasma de suspensión
Autores: Jadidi, Mehdi; Moghtadernejad, Sara; Hanson, Jack
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Estudio numérico de los efectos de la atomización de fluidos gemelos en el proceso de pulverización por plasma de suspensión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Pulverización por suspensión de plasma
Barrera térmica
Recubrimientos resistentes a la corrosión
Recubrimientos superhidrofóbicos
Pulverización por suspensión
Ruptura de gotas
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
La pulverización por plasma en suspensión (SPS) es una técnica efectiva para mejorar la calidad de los recubrimientos de barrera térmica, resistentes al desgaste, a la corrosión y superhidrofóbicos. Para crear la suspensión en la técnica SPS, se añaden partículas sólidas nano y submicrométricas a un líquido base (típicamente agua o etanol). Posteriormente, utilizando un sistema de inyección mecánica con un orificio simple o un atomizador de doble fluido (por ejemplo, de chorro de aire o efervescente), la suspensión se inyecta en el flujo de plasma a alta velocidad y alta temperatura. En el presente trabajo, simulamos las interacciones entre la pulverización de suspensión por chorro de aire y el flujo transversal de plasma utilizando un modelo acoplado bidimensional tridimensional de Euleriano-Lagrangiano. Aquí, la suspensión consiste en etanol (85 % en peso) y níquel (15 % en peso). Además, a una distancia de separación de 40 mm, se coloca un sustrato plano. Para modelar la turbulencia y la ruptura de las gotas, se utilizan el Modelo de Estrés de Reynolds (RSM) y el modelo de ruptura de Kelvin-Helmholtz Rayleigh-Taylor, respectivamente. El seguimiento de las partículas finas continúa después de la fragmentación y evaporación de la suspensión, hasta su deposición en el sustrato. Además, se investigan los efectos de varios parámetros, como la tasa de flujo másico de la suspensión, el ángulo de pulverización y la ubicación del inyector, sobre el comportamiento en vuelo de las gotas/partículas, así como la velocidad y temperatura de las partículas al impacto. Se muestra que la ubicación del inyector y el ángulo de pulverización tienen una influencia significativa en el comportamiento en vuelo de las gotas/partículas. Si el inyector está lejos del plasma o el ángulo de pulverización es demasiado amplio, la temperatura y velocidad de las partículas al impacto disminuyen considerablemente.
Descripción
La pulverización por plasma en suspensión (SPS) es una técnica efectiva para mejorar la calidad de los recubrimientos de barrera térmica, resistentes al desgaste, a la corrosión y superhidrofóbicos. Para crear la suspensión en la técnica SPS, se añaden partículas sólidas nano y submicrométricas a un líquido base (típicamente agua o etanol). Posteriormente, utilizando un sistema de inyección mecánica con un orificio simple o un atomizador de doble fluido (por ejemplo, de chorro de aire o efervescente), la suspensión se inyecta en el flujo de plasma a alta velocidad y alta temperatura. En el presente trabajo, simulamos las interacciones entre la pulverización de suspensión por chorro de aire y el flujo transversal de plasma utilizando un modelo acoplado bidimensional tridimensional de Euleriano-Lagrangiano. Aquí, la suspensión consiste en etanol (85 % en peso) y níquel (15 % en peso). Además, a una distancia de separación de 40 mm, se coloca un sustrato plano. Para modelar la turbulencia y la ruptura de las gotas, se utilizan el Modelo de Estrés de Reynolds (RSM) y el modelo de ruptura de Kelvin-Helmholtz Rayleigh-Taylor, respectivamente. El seguimiento de las partículas finas continúa después de la fragmentación y evaporación de la suspensión, hasta su deposición en el sustrato. Además, se investigan los efectos de varios parámetros, como la tasa de flujo másico de la suspensión, el ángulo de pulverización y la ubicación del inyector, sobre el comportamiento en vuelo de las gotas/partículas, así como la velocidad y temperatura de las partículas al impacto. Se muestra que la ubicación del inyector y el ángulo de pulverización tienen una influencia significativa en el comportamiento en vuelo de las gotas/partículas. Si el inyector está lejos del plasma o el ángulo de pulverización es demasiado amplio, la temperatura y velocidad de las partículas al impacto disminuyen considerablemente.