半固态浆料制备过程的热电磁流体数值模拟

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1、沈阳理工大学硕士学位论文摘要会属材料的半固态成形是一种先进的材料加工技术，而半固态浆料的制备是其关键的一个工艺步骤。由于电磁搅拌方法的非接触性和易于控制，所以获得了J“泛的应用。电磁搅拌是一个涉及到电磁场、流场和温度场的复杂时变过程，因向其工艺参数的实际测量非常困难，而数值模拟则为此提供了一种便利手段。本文针对工业用低频旋转型电磁搅拌器，利用有限元ANSYS软件，对电磁场的麦克斯韦方程组、液态金属的连续方程、动量方程和能量方程进行了耦合计算，实现了电磁搅拌作用下浆料内的电磁场、浆料流动及其传热过程的多场

2、模拟，分析了时变电磁场的分析i形态、搅拌器电磁参数对磁感应强度、电磁力的影响。给出了典型路径上磁感应强度、电磁力的分布以及在电磁力场作用下浆料内的速度场和给定的冷却条件下的温度场分布。具体内容如下：研究了电流频率和强度对磁感应强度和电磁力的影响，结果表明，在相同频率下，磁感应强度、电磁力随电流强度的增大而增大。磁感应强度的增大，使搅拌力增大，这有利于浆料的流动搅拌。在相同电流强度下，磁感应强度是随着频率的增大而减小，而电磁力则是随着频率的增加而增大。在给定的频率和电流条件下，磁感应强度、电磁力的空间分御

3、特点是沿半径方向逐渐增大，其最大值出现在浆料的边缘处。由于电磁力具有空间分布，所以浆料受到剪切搅拌作用。电磁搅拌下半固体浆料速度场的研究显示，随着铝液的温度降低，固相体积分数增加，粘度增大，浆料的流动速度降低。速度场分布呈现沿半径方向逐渐增大而后又降低的规律，这是由于假定环柱状铝液内外壁处浆料为无滑移流动所致，其流速最大值出现在环状浆料的08倍半径处。搅拌器电流强度和频率的增大均有利于提高搅拌速度。电磁搅拌下半固体浆料温度场的研究表明，电磁搅拌改变了浆料中的温度分都，使浆料过热度较快消失，温度梯度减小，

4、改变了晶核生长条件，有利于等轴晶组织的形成。关键词：电磁搅拌；数值模拟：电磁场；速度场；温度场沈阳理工大学硕士学位论文AbstractSemisolidformingprocessofmetalisalladvancedtechniqueinmaterialprocessing，inwhichthepreparationofsemisolidslurryisthekeyprocedure．Electromagneticstirringhasbeenwidelyusedinthepreparationof

5、semisolidslurryforitsnon—contactandcontrollability．Electromagneticstirringisacomplicatedtime—variationprocedurewhichrelatestoelectromagneticfield，flowfieldandtemperaturefield．It’Sdifficulttomeasuretheprocessingparameteronthespot．Computersimulationisalter

6、nativeapproachtopredicttheprocessingparameter．Inthispaper，thecouplingofelectromagneticfieldMaxwellequations，metalliquidcontinuous，momentumandkineticenergyequationsofthesemisolidslurryisstudiedduringelectromagneticstirringforlowfrequencyrotatingelectromag

7、neticstirrer，Theelectromagneticfield，flowfieldandheattransferprocesswerecalculatedbasedonANSYSfiniteelementsoftware．Thedistributionofelectromagneticfield，thedependenceofthestirrerparametersonmagneticfluxintensityandtheLorentzwereanalyzedaccordingtOthesim

8、ulatedresults．ThemagneticfluxintensityandLorentz，velocityfieldofthestirredslurryandtemperaturefieldundergivencoolingconditionsweregained．Themaincontentsareasfollows：Thedependenceoffrequencyandcurrentintensityonmagneticflux