Thermo-mechanical modeling

of the Splat formation in Plasma Spray Conditions

 

Modélisation Thermomécanique de la Formation d’une Lamelle dans les Conditions de la Projection Plasma

 

S. Oukach1,2*, M. El Ganaoui3, H. Hamdi1, B. Pateyron2

1Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Energétiques (LMFE – URAC 27), Université Cadi Ayyad, Marrakech, Maroc.

2Laboratoire des Sciences des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS UMR 7315 CNRS), Université de Limoges, Limoges, France.

3Laboratoire d’Études et de Recherches sur le Matériau Bois (LERMAB), Université de Lorraine, France.

* Corresponding author. E-mail: s.oukach@gmail.com

Received: 23 December 2012; revised version accepted: 30 January 2013

 

Abstract

     The present study focuses on the modeling and simulation of the process of impact and solidification of a molten alumina particle onto a substrate under plasma spray conditions. It aims at a better understanding of the different mechanisms that govern the formation of a single splat resulting from the impact of a particle onto a substrate. The successive stacking of these splats leads to the coating formation. The main objective is to examine the influence of the nature of the substrate and its initial temperature on the formation of a splat. The model is based on the Navier-Stokes and energy equations coupled with the "Level Set" function which permits tracking of the interface between molten particle and surrounding air. These equations are solved by the finite element method using Comsol Multiphysics software. The effects of surface tension forces, wettability and thermal contact resistance are taken into account.

 

Keywords: Plasma spray; Simulation; Droplet impact; Solidification; Multiphase flow; Level Set.

 

Résumé

     La présente étude porte sur la modélisation et la simulation numérique du processus multi-physique de l’écrasement et de la solidification d’une particule d’alumine fondue sur un substrat dans les conditions de la projection plasma. Elle vise une meilleure compréhension des différents mécanismes qui régissent la formation d’une lamelle individuelle résultant de l’écrasement d’une particule sur un substrat qui par empilement successif constitue un dépôt. L’objectif majeur est l’examen de l’influence de la nature du substrat et de sa température initiale sur la formation d’une lamelle. La modélisation du problème est fondée sur les équations de Navier-Stokes et de l’énergie couplées avec une équation de la fonction «Level Set» qui permet de tracer et de suivre l’interface entre la particule et l’air qui l’entoure. Ces équations sont résolues par la méthode de discrétisation en éléments finis à l’aide de l’outil numérique Comsol multiphysiques. Les effets des forces de tension de surface, de la mouillabilité et de la résistance thermique de contact sont pris en considération.

 

Mots clés: Projection plasma ; Simulation ; Impact des particules ; Solidification ; Écoulement multiphasique ; Level Set.


 


© 2015