Análisis numérico de la estructura del flujo de la capa límite de gas primaria en el corte por fusión láser en el contexto de las características de estriación de los bordes cortados
Autores: Borkmann, Madlen; Mahrle, Achim
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Análisis numérico de la estructura del flujo de la capa límite de gas primaria en el corte por fusión láser en el contexto de las características de estriación de los bordes cortados
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Corte de metales
Láseres de estado sólido
Flujo de gas
Capa límite
Simulación CFD
Estructura de vórtice
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En el corte de metales con láseres de estado sólido, se genera una estructura característica del borde de corte cuyos mecanismos de formación aún eluden una explicación consistente. Varios estudios sugieren una contribución importante del flujo de gas presurizado. Se debe prestar especial atención a la capa límite de gas y sus características de flujo en desarrollo, ya que determinan el intercambio de calor y momento entre el gas de corte y la superficie de fusión altamente calentada y, por lo tanto, la expulsión del material fundido de la ranura. El presente estudio aplica un modelo de simulación CFD para analizar el flujo de gas durante el corte por láser con condiciones de contorno apropiadas. Específicamente, se considera el desarrollo de la capa límite de gas con una alta discretización espacial de esta zona en combinación con un modelo de turbulencia de transición. Los resultados del cálculo revelan por primera vez que la capa límite se caracteriza por una estructura de vórtice cuasi-estacionaria compuesta de zonas de separación inducidas por geometría y choque casi horizontales y vórtices verticales, que contribuyen a la transición al flujo turbulento. La comparación de los resultados con la estructura de estriación de los bordes cortados revela una alta concordancia en la ubicación, orientación y tamaño de los vórtices característicos con características particulares de la estructura de estriación de los bordes cortados.
Descripción
En el corte de metales con láseres de estado sólido, se genera una estructura característica del borde de corte cuyos mecanismos de formación aún eluden una explicación consistente. Varios estudios sugieren una contribución importante del flujo de gas presurizado. Se debe prestar especial atención a la capa límite de gas y sus características de flujo en desarrollo, ya que determinan el intercambio de calor y momento entre el gas de corte y la superficie de fusión altamente calentada y, por lo tanto, la expulsión del material fundido de la ranura. El presente estudio aplica un modelo de simulación CFD para analizar el flujo de gas durante el corte por láser con condiciones de contorno apropiadas. Específicamente, se considera el desarrollo de la capa límite de gas con una alta discretización espacial de esta zona en combinación con un modelo de turbulencia de transición. Los resultados del cálculo revelan por primera vez que la capa límite se caracteriza por una estructura de vórtice cuasi-estacionaria compuesta de zonas de separación inducidas por geometría y choque casi horizontales y vórtices verticales, que contribuyen a la transición al flujo turbulento. La comparación de los resultados con la estructura de estriación de los bordes cortados revela una alta concordancia en la ubicación, orientación y tamaño de los vórtices característicos con características particulares de la estructura de estriación de los bordes cortados.