Gaz atomizasyonu işleminin iki-fazlı sayısal modellenmesi ve parçacık boyutunun hesaplanması

Gaz atomizasyonu yöntemi ile metal tozu üretiminde gaz basıncı ve sıvı metal viskozitesi gibi değişkenler üretilecek tozların boyutu ve boyut dağılımı üzerinde belirleyici etkiye sahiptir. Toz boyutunu belirleyen parçalanma mekanizması hakkında bir çok model ortaya konulmuş olmasına rağmen bu etkilerin araştırılmasında Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yaklaşımı ile sayısal çözümleme çalışmalarının büyük bölümünde atomizasyon işlemi tek fazlı olarak modellenmiştir. Ergiyik metal akışının dâhil edildiği bazı çalışmalarda ise genellikle atomizasyon başlangıcı modellenebilmiş, sıvı metal-gaz etkileşimleri, parçalanma mekanizmaları ve toz oluşumları gösterilememiştir. Bu çalışmada gaz atomizasyonu işleminin iki akışkanlı olarak modellenmesi hedeflenerek parçacık boyutunun sayısal modelleme ile elde edilebileceğinin gösterilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda gaz atomizasyonu işlemi iki akışkanlı olarak modellenmiş, HAD çözümlemesi elde edilerek fazlar arası etkileşimler gösterilmiş, atomizasyon mekanizmaları açıklanmış ve toz boyutu tez kapsamında geliştirilen yeni bir yaklaşım ile elde edilmiştir. Geliştirilen yaklaşım ile sayısal çözümleme 1,0 MPa, 1,5 MPa, 2,0 MPa, 2,5 MPa, 3,0 MPa ve 3,5 MPa basınç değerlerinde uygulanarak gaz basıncının toz boyutu üzerindeki etkileri incelenmiştir. Toz boyutu 1,0 MPa basınçta 43,24 µm, 3,5 MPa basınçta 35,69 µm olarak hesaplanmış, artan gaz basıncı ile birlikte ortalama parçacık boyutunun küçüldüğü tespit edilmiştir. Sıvı metal viskozitesinin toz boyutu üzerindeki etkisini incelemek için 2,5 MPa basınç altında farklı viskozite değeri ile sayısal çözüm tekrarlanmıştır. Sıvı metal viskozitesinin 0,00133 kg/m-s iken ortalama toz boyutunun 41,47 µm, aynı şartlar altında sıvı metal viskozite değerinin 0,00623 kg/m-s olduğunda ise ortalama toz boyutunun 45,97 µm olduğu belirlenmiştir. Yüksek viskoziteye sahip ergiyikte parçalanmanın daha zor gerçekleştiği dolayısıyla ince taneli parçacık elde etmenin zorlaştığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, geliştirilen yaklaşım ile üç-boyutlu olarak modelleme yapılarak sıvı metalde parçacık oluşumları gösterilmiştir.