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《补缩流及晶粒运动的数值模拟_三相流模型.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、从〕第卷第期今疡学玻一年月一页等轴球晶凝固多相体系内热溶质对流、补缩流及晶粒运动的数值模拟三相流模型王同敏姚山张兴国金俊泽大连理工大学材料科学与工程学院三束材料改性国家重点实验室,辽宁省原材料特种制备技术重点实验室,大连八,,一,位一,乃,一,刀,、、、于一建立了模拟等轴球晶凝固两摘要基方法和体积元平均技术固过程的液固气三相流模型液、,、,固两相一相处理成相互分离相互扩散的介质气相与液只存在热量及动量的相互作用三相凝固前作为自由流体共享个统一、、、的压力场分别求解三相的质量动量溶质热焙守恒方程相间的热量交换和摩擦拖拽以及液固界面上的溶质
2、再分配和凝固潜热释放,通过定义对应守恒方程的源项和交换项而加以考虑另外,单独求解一个晶粒密度守恒方程晶粒的形核生长相变,,、也加以模型化并体现在对应的源项中模型中所用的密度定义为溶质与温度的函数因此可综合考虑热溶质对流晶粒运动及凝固收缩所引起的补缩流动凝固过程的体积收缩及补缩流动将体现在气液自由表面的波动上关钮词热溶质对流,补缩流,晶粒运动,三相流,数值建模中,文献标识码文章编号一一一图法分类号一,一一不竹讯,,万注万召几夕夕切刀叭爪尸九形,妙,,,八‘,二匆,,一,云八一,,从,一,,艺,‘召,二环叭二乞叽不娜勿娜尽乞几口叹,尹。乙不
3、娜,即万坛‘‘艺了乙‘艺刀,。、。‘‘了邪,乞乞夕二云‘阴即幻词玉一于,一一国家自然科学基金项,目德国自然科学基金重大项目以及辽宁省自然科学基金项目资助一一,收修改稿一一收到初稿日期日期作者简介王同敏,男,年生,副教授期王同敏等等轴球晶凝固多相体系内热溶质对流、补缩流及晶粒运动的数值模拟三相流模型于企,,,,,,,叩从盯,,,,一,一,,,,砷,一,符号说明卜氏,、,飞液固相溶质浓度质量分数嗽·液固界面的溶质浓度氏。二劫动量交换速度,,,、、,·,液固气相,比热容嵘叱归因于拖拽等机械作用引起的能量交换速,溶质交换率”度,··拖拽系数衡助
4、火相变引起的动量交换速度,。伟汽枝晶形状因子功为形状相关常量生长速率,,气相粒子表征尺寸热膨胀系数,一晶粒直径,溶质膨胀系数,,、,液固相溶质扩散系数△过冷度,,,、、几液固气相的体积分数△加对应最大形核率的平均形核过冷度,,歹重力加速度△几分布标准偏差,,。晶粒生长因子、固、,·凡液气相热导率,,。、、,液固气相热焙、、,·拜,拼,拼液固气相的粘度,·,。、、,热量交换系数“,,液固气相的密度·溶质平衡分配系数一,“丁,了,丁应力应变张量,,,。动量交换,唱系数。液相线斜率,熔体流动与晶粒运动在很大程度上影响着铸件的晶,一质量相变速率
5、,粒组织及溶质偏析的形成〔卜熔体内部温度与溶质组,一“晶粒密度分的不同造成各处的质量密度差异,重力场下这种差异引。最大形核密度,一起了熔体的热溶质对流,晶粒固相与熔体液相之,‘一一形核速率间的质量密度差异则引起了固相晶粒的沉淀现象常规铸数,,、,造过程中还需考虑凝固收缩力该力是铸件缩孔缩松压力,,热量交换速率,“热冷裂应力变形的主要原因指出几矗、。一,热溶质对流晶粒运动及补缩流的多重流动是宏观偏析形一,。一。一,成的主要原因然而大多数凝固模拟模型忽略了晶粒运一热量交换系数,·动及补缩流,因为对晶粒运动建模需要在熔体液相基础上数引入另外一
6、晶粒固相,这样一个固、液两相共存体系使得时间,计算变得更加复杂,而如果进一步考虑补缩流,则必须考,,,,温度虑凝固收缩的影响以及体积的变化,给模拟计算带来极大,乃纯金属熔点的不便实际上在计算热溶质对流时,由于液固相之间密,热焙计算所用的参考温度点度的差异,,以及液相内部密度的变化铸件体积并非定值密度函数中的参考温度点,为了能够计算热溶质对流同时又忽略铸件体积的变化,常碗,,速度矢量,凡硫,其,常用到方法计算思路是在求解动量云界面速度,金属学报卷方程时,密度处理成温度与浓度的函数,而在解质量守恒成一个球体,从而避开很多不确定因素,等轴球晶
7、在工程方程时密度是一个恒定值,这样既考虑了密度差异引起的上也有广泛的应用,如许多高性能的工程材料要求细小的热溶质对流又忽略了体积的收缩计算补缩流时则必须考球晶,半固态浆料的制备过程即是典型的等轴球晶凝固过,虑铸件体积在凝固过程中的变化,需要计算并得到自由表程本工作在和的基础上对其模型进面,因为自由表面既是铸件边界也是传热及压力边界到一步完善并引入气相,建立了一个与实际铸件凝固过程较,,目前为止关于自由表面计算尚少见报道等符合的液一固一气三相凝固体系数学模型,从而使补缩利用前沿跟踪法模拟计算气泡在均一垂直磁场下上浮过流、热溶质对流的模拟计
8、算在考虑铸件凝固体积收缩的前程的变形行为基于提下变得可能在三相体系中,凝固过程的熔体自由表面被模型,将密度定义为温度与浓度依存,模拟了卜合金定义为液相与气相的交界面,该界面上所发生的传热,压铸件深缩孔的形成
