KFUPM ePrints

Conduction and non-conduction limited laser heating process- mathematical simulation

Naqavi, Iftekhar Zaheer (2001) Conduction and non-conduction limited laser heating process- mathematical simulation. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
4Mb

Arabic Abstract

نظراً لدقة عملية التسخين بواسطة الليزر فإن لها تطبيقات واسعة في الصناعة ، وبما أن عملية التصنيع بواسطة الليزر تتضمن تعقيدات عملية فإن نمذجة التسخين بواسطة الليزر تعطي مدخل إلى عملية التصنيع . بالإضافة لذلك فإن دراسات النمذجة تقلل من التكلفة المخبرية وتزود معلومات لتحسين أداء عملية التسخين بواسطة الليزر . التسخين غير التوصيلي المحدود بواسطة الليزر يشتمل على تغير شكل المادة مثل الذوبان والتبخر اللاحق . اعتمادا على كثافة الإشعاع الموجه ونمطه فإن ذوبان جزئي أو تبخر جزئي قد يحصل في طبقات المادة المتعرضة لاشعاع الليزر . المنطقة التي تتعرض لتغير في شكل المادة يمكن تميزها بوضعها اللاسائل واللاصلب . عندما يتم نمذجة التسخين الغير توصيلي فإن هذه المنطقة ولابد أن تدخل في عملية الحسابات المعادلات المتحكمة في عملية النقل الحراري ذات الصلة بالتوصيل الحراري وعمليات تغير شكل المادة يتم تقديمها في هذه الدراسة . وبما أن النموذج التمثيلي يتضمن تسخين ثنائي الأبعاد متماثل محورياً فإن حل تمثيلي لهذه المسألة غير ممكن تقريباً . ونتيجة لذلك فإن نموذج رقمي يحتوي على طريقة تحكم حجمي يتم استخدامها لحل المعادلات المتحكمة بعملية النقل الحراري . حقول الاجهادات الحرارية في المنطقة المتعرضة لشعاع الليزر يتم نمذجتها تمثيليا والتطور المرحلي في الاجهادات الحرارية يتم حلها .

English Abstract

Laser heating finds wide application in industry due to its precision of operation and local treatment. Since the laser machining is involved in complex physical processes, the modeling of laser induced heating gives insight into the physical processes involved. Moreover, model studies reduce experimental cost and provided parametric data for heating optimization. Laser non-conduction limited heating is involved with phase change processes, i.e. melting and subsequent evaporation. Depending upon the laser pulse intensity and the profile, partial melting or partial evaporation can take place in the substrate material irradiated by a laser beam. The region where partial phase change occur can be identified as a mushy zone in the substrate material. When modeling the non-conduction heating process, mushy zone should be taken into account. In the present study, pulse laser heating of metallic substrate is considered. The governing equations of heat transport pertinent to conduction and phase change processes are presented. Since, the heating model is involved with a two-dimensional axisymmetric heating, analytical solution to the problem is almost impossible; consequently, a numerical scheme employing a control volume approach is introduced to solve the governing equations of heat transfer. The thermal stress fields in the region irradiated by a laser beam is modeled and transient behavior of stresses are obtained.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:November 2001
Date Type:Completion
Subjects:Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Creators:Naqavi, Iftekhar Zaheer
Committee Advisor:Yilbas, Bekir Sami
Committee Members:Dincer, Ibrahim and Shuja, Shahzada Z.
ID Code:10240
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 17:00
Last Modified:25 Apr 2011 10:24

Repository Staff Only: item control page