Una Solución Completamente Analítica para Problemas de Transferencia de Calor por Advección-Conducción Unidimensional con Cambio de Fase Sólido-Líquido No Isotérmico

Resumo

Se presenta una solución analítica para problemas térmicos unidimensionales en estado estacionario de advección-conducción, para sustancias con cambios de fase sólido-líquido no isotérmico. Se consideran fases sólidas y líquidas con propiedades físicas y de transporte contrastantes, y el manejo matemático en la zona bifásica se garantiza con técnicas de promediado basadas en la derivada de la fracción de fase sólida con respecto a la temperatura. La validez se demuestra mediante comparación con soluciones numéricas basadas en el método de Galerkin libre de elementos, y se prueba para un rango de números de Péclet. La solución es aplicable a diferentes modelos microscópicos de cambio de fase sólido-líquido, es decir, reglas de equilibrio y no equilibrio. Se encuentran aplicaciones en el análisis de procesos de fabricación aditiva por arco y metalurgia secundaria. El desarrollo posee concordancia con las soluciones numéricas para todo el rango de números de Péclet considerados, independientemente del rango de temperatura y modelo de cambio de fase.