پاورپوینت تئوری سانتریفیوژ در ریخته گری

این پاورپوینت در مورد تئوری سانتریفیوژ در ریخته گری است و به بررسی رفتار ذرات، نیروی سانتریفیوژ، جدایش مواد و نقش آن در یکنواختی و کیفیت قطعات می پردازد.

مقدمه
سامانه های ریخته گری در گذر زمان دستخوش تحولاتی بنیادین شده اند و روش های متنوعی برای کنترل رفتار ذرات، توزیع مواد مذاب و بهبود کیفیت قطعات شکل گرفته اند. یکی از مهم ترین شیوه هایی که نقش چشمگیری در تولید قطعات با کیفیت مناسب و ساختار یکنواخت داشته است، ریخته گری سانتریفیوژ است؛ روشی که در آن از مفهوم شتاب زاویه ای و نیروی سانتریفیوژ برای هدایت ذرات و لایه بندی مواد بهره گرفته می شود. درک درست تئوری سانتریفیوژ، بنیان تحلیل رفتار ذرات در میدان های مختلف نیرو را فراهم می کند و امکان بررسی دقیق تر فرآیندهای ته نشینی، جدایش، پایداری ساختار و الگوی حرکت ذرات را مهیا می سازد.

در محیط های صنعتی، مواد موجود در مذاب همواره ترکیبی از فازهای مختلف مانند ذرات جامد، اکسیدها، سولفیدها، آخال ها، گازها و قطره های ناخالصی اند که هر کدام با ویژگی های چگالی و ابعادی خاص در سیال حرکت می کنند. این مجموعه ذرات، رفتار یکسانی نسبت به میدان نیرو نشان نمی دهند و همین تنوع، تحلیل حرکت آنها را پیچیده می کند. تئوری سانتریفیوژ با تکیه بر اصول مکانیک سیالات و دینامیک ذرات، امکان بررسی دقیق برهم کنش نیروهای خارجی، نیروهای شناوری و اثر دراگ را فراهم می کند و پایه ای برای فهم چگونگی ته نشینی یا جا به جایی ذرات در فرآیند ریخته گری سانتریفیوژ محسوب می شود.

در این الگو، سه نیروی اصلی بر ذره اثرگذارند: نیروی خارجی ناشی از گرانش یا حرکت دورانی، نیروی شناوری که در جهت مخالف نیروی خارجی عمل می کند و نیروی دراگ که حاصل مقاومت سیال در برابر حرکت ذره است. ترکیب این نیروها تعیین کننده سرعت، شتاب و مسیر حرکت ذره خواهد بود. هنگامی که مسیر حرکت تنها در یک راستای مشخص بررسی شود، می توان معادله های حرکت یک بعدی را به کار گرفت و رفتار ذره را با دقت مناسبی تحلیل کرد. اما در حرکت های دو بعدی یا پیچیده، نیروهای وارد شده ممکن است زاویه دار شوند و در نتیجه تحلیل دینامیک ذره دشوارتر گردد.

در میدان سانتریفیوژ، برخلاف ته نشینی ثقلی، شتاب وارد بر ذره تابعی از سرعت زاویه ای و شعاع دوران است. این ویژگی سبب می شود تغییر موقعیت ذره و سرعت آن در بخش های مختلف قالب متفاوت باشد. به همین دلیل، رفتار ذرات در ریخته گری سانتریفیوژ به گونه ای است که ذرات با چگالی بالاتر به سمت بیرون و ذرات سبک تر به نواحی داخلی تر رانده می شوند. این فرایند جدایش طبیعی، ساختار نهایی قطعات را تعیین کرده و نقش مهمی در یکنواختی سطح، حذف عیوب داخلی و توزیع مناسب ناخالصی ها دارد.

یکی از مهم ترین مفاهیم در این تئوری، سرعت حد است؛ سرعتی که در آن نیروی دراگ با مجموع نیروهای موثر بر ذره به تعادل می رسد و شتاب به صفر میل می کند. برای ته نشینی ثقلی، این سرعت ثابت است؛ اما در محیط های سانتریفیوژ، سرعت حد به دلیل وابستگی به شعاع و تغییر مداوم میدان نیرو، رفتاری متغیر دارد. در بسیاری از تحلیل ها، عبارت شتاب زمانی کوچک فرض می شود و به همین دلیل، مدل سازی سرعت حد در یک شعاع مشخص ساده تر انجام می گیرد.

برای پیاده سازی دقیق محاسبات، ضریب دراگ CD اهمیت زیادی دارد. این ضریب به شکل ذره، عدد رینولدز، شرایط جریان، فاصله ذره از دیواره قالب و میزان آشفتگی سیال بستگی دارد. نمودارهای تجربی CD بر اساس اعداد رینولدز برای ذرات کروی، استوانه ای یا خرد شده طراحی شده اند و در اغلب تحلیل ها به عنوان مرجع استفاده می شوند. در ذرات غیرکروی، تغییر جهت گیری و چرخش های ناخواسته الگوی جریان اطراف ذره را به هم زده و ضریب دراگ را افزایش می دهد. همین موضوع سبب می شود سرعت حد ذرات صفحه ای یا نامنظم کمتر از مقداری باشد که برای ذرات کروی به دست می آید.

در شرایطی که ذرات به یکدیگر نزدیک اند، فرآیند ته نشینی دیگر آزاد نیست و به عنوان «ته نشینی غیر آزاد» شناخته می شود. در این حالت، کاهش سرعت حرکت ذرات به دلیل اثرات متقابل جریان های اطراف آنها رخ می دهد. در اندازه های بسیار کوچک، حرکت براونی نیز مطرح می شود که موجب بی نظمی و کاهش نرخ ته نشینی می گردد. میدان سانتریفیوژ شدت این حرکت تصادفی را کاهش می دهد و امکان کنترل بهتر حرکت ذرات را فراهم می کند.

فرمول بندی حرکت ذرات کروی، مبنای اصلی محاسبات تئوری سانتریفیوژ است. در این شرایط، جرم و سطح مقطع فرافکنی ذره به سادگی قابل محاسبه بوده و معادلات حرکت، رفتار سرعت حد را در دو گستره اصلی یعنی قانون استوکس و قانون نیوتن توضیح می دهند. معیارهای تعیین نوع ته نشینی بر اساس مقدار عدد رینولدز و پارامترهای K مربوط به ابعاد ذره و اختلاف چگالی تعریف می شوند. این معیارها مشخص می کنند که آیا باید از روابط ناحیه آرام، روابط ناحیه آشفته یا روش های آزمون و خطا برای محاسبه CD استفاده شود.

مجموعه اصول و معادلاتی که تئوری سانتریفیوژ مطرح می کند، چارچوبی علمی برای توضیح رفتار ذرات در سیالات فراهم می آورد و در فرآیند ریخته گری سانتریفیوژ به عنوان پایه ای ضروری برای تحلیل کیفیت قطعه، یکنواختی ساختار و کنترل ناخالصی ها مورد توجه قرار می گیرد.