KFUPM ePrints

Transiently developing free and opposing jets in relation to gas-assisted laser evaporative heating process

Arshed, Ghulam Murshed (2003) Transiently developing free and opposing jets in relation to gas-assisted laser evaporative heating process. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
5Mb

Arabic Abstract

نظراً لدقة عملية التسخين ، رخصة التكلفة والقدرة على تحديد مكان العمل بواسطة الليزر ، فإن له تطبيقات واسعة في الصناعة . وبما أن عملية التصنيع بواسطة الليزر تتضمن تعقيدات فيزيائية ، فإن نمذجة التسخين بواسطة الليزر تعطي مدخل إلى فيزيائية عملية التصنيع . بالإضافة إلى ذلك فإن دراسات النمذجة تقلل من التكلفة المخبرية وتزود الباحث بمعلومات تحت حالات مختلفة (باراميترك) للوصول إلى أفضل حالة تسخين بواسطة الليزر . نتيجة إلى تسخين أساس السطح الصلب بالليزر فإن بخار نفاث ينبعث منه . اعتماداً على مقدار كثافة شعاع الليزر فإن البخار النفاث المنبعث يتغير مع الوقت وهذا يعني بأن شكل سرعة البخار النفاث تتغير مع الفراغ والزمن . في التطبيقات العملية للتسخين بالليزر يوجد غاز نفاث مساعد في نفس محور شعاع الليزر ويرتطم مع البخار النفاث المتغير . في الدراسة الحالية تم نمذجة غاز هليوم نفاث نام ومتغير مع الوقت ذو درجة حرارة عالية ، يمثل البخار المنبعث من التجويف المستحث بواسطة الليزر . كما تم نمذجة هواء نفاث منتظم مع الوقت معاكس للهليوم . نظراً لكون الخواص الفيزيائية الحرارية للسطح المتبخر غير معروفة في البحوث المنشورة ، فإن الهليوم عند درجة الحرارة العالية اختير ليمثل الغاز النفاث المتنامي مع الوقت . لكي يمكن التنبؤ بمجالات الانسياب والحرارة ، فإن المعادلات المتعلقة بذلك تم حملها حسابياً باستخدام طريقة التحكم بالحجم . ولإجازة النموذج الحسابي فإن حالات المحاكاة تم تغييرها ونتيجة هذا التغير تمت مقارنته مع النتائج العملية الموجودة في البحوث . في هذه الدراسة وجد أن الهواء النفاث يؤثر بشكل كبير على مجالات التدفق في المنطقة القريبة من الهليوم النفاث المتنامي . في المرحلة البدائية فإن النفاث النامي يتمدد في الاتجاه المحوري وكلما تقدم الوقت فإن التمدد القطري للنفاث يصبح أكثر حضوراً لأن نفاث الهواء المساعد يحصر النفاث النامي المحوري . في هذه الحالة تنتج خلية دوران بجانب الهواء النفاث المتنامي . والنفاث القطري الناتج بسبب النفاث المتنامي مع الوقت ونفاث الهواء المساعد ، شبه في سلوكه النفاث الحر ، وأما بالنسبة لخواص النفاث المتنامي فهي لا تؤثر بشكل معتبر على خواص النفاث القطري الحر .

English Abstract

Laser finds wide application in industry due to its precision of operation, low cost, and local processing. Since the laser machining is involved with complex physical processes, the modeling of laser induced heating gives insight into the physical processes involved. Moreover, model studies reduce the experimental cost and provide parametric data for heating optimization. Laser heating of solid substrate surface results in evaporated vapor jet, which emanates from the surface. Depending upon the magnitude of laser beam intensity, the evaporated vapor jet develops transiently, which implies that the velocity profile of the jet varies spatially and temporally. In practical laser heating process an assisting gas jet coaxial with the laser beam impinges onto the transiently developing vapor jet. In the present study, a high temperature transiently developing helium jet, imitating the vapor ejection from a laser induced cavity, and an opposing steady air jet, resembling the assisting gas jet, are modeled numerically. Since the thermo physical properties of the evaporating surface are not known in the open literature, helium at high temperature is considered as the transiently developing jet. In order to predict the flow, temperature, and species mass fraction fields, the governing equations are solved numerically using the finite volume method. To validate the present computational model, the simulation conditions are changed and the predictions are compared with the experimental results available in the literature. It is found that the assisting air jet influences considerably the flow field in the region close to the transiently developing jet. In the early stage transiently developing jet expands in the axial direction and as the time progresses radial expansion of the jet dominates due to the assisting air jet which suppresses the transiently developing jet expansion in the axial direction; in which case, a circulation cell next to the assisting air jet boundary is developed. The radial jet developed due to apposing of transiently developing and assisting air jets behaves similar to the free jet, and the transiently developing jet characteristics do not affect considerably the radial free jet characteristics.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:May 2003
Date Type:Completion
Subjects:Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Creators:Arshed, Ghulam Murshed
Committee Advisor:Shuja, S. Z.
Committee Members:Yilbas, Bekir S. and Budair, Muhammad U.
ID Code:9737
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 16:47
Last Modified:25 Apr 2011 09:20

Repository Staff Only: item control page