型砂自然对流冷却数值模拟探析

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1、型砂自然对流冷却数值模拟探析　　摘要：文章通过分别对型砂冷却技术和数值模拟技术的探讨，提出了一种利用型砂自然对流冷却数值模拟技术来研究型砂冷却的方法，它解决了型砂冷却实验研究步骤复杂而且成本高昂的问题，有效提高了设计效率，降低了企业研发成本。Abstract：Throughdiscussingfoundrysandcoolingtechnologyandthenumericalsimulationtechnologyrespectively，thispaperputsforwardawaytostudythemethodoffoundrysand

2、coolingbymeansofusingnumericalsimulationtechnologyoffoundrysandnaturalconvectioncooling.Itsolvestheproblemsthatfoundrysandcoolingexperimentstepsiscomplexandcostly，improvesthedesignefficiency，reducestheenterpriseresearchanddevelopmentcosts.关键词：型砂；自然对流冷却；数值模拟Keywords：foundrysan

3、d；naturalconvectioncooling；thenumericalsimulation中图分类号：TG24文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）21-0027-0260引言我国是铸件生产大国，铸造技术在我国已有6000多年的历史，特别是伴随着近现代工业的快速发展，铸造技术已经广泛应用于社会生活的各个方面。鉴于我国铸造业巨大的规模，因而每年废弃的铸造旧砂量是十分可观的。在这样的大背景下，型砂再生技术应运而生。型砂再生主要是对旧砂进行磁选、破碎、筛分、冷却等处理后，去除旧砂中的部分微粉，然后再加入一定量的新砂进行混合，以得

4、到符合工艺需求的新型砂。这样处理极大减少了新砂使用量，不但环保，而且经济性好。然而对于型砂再生技术，影响型砂循环周期最关键的一环就是型砂冷却速度的快慢，它直接决定了铸造生产效率的高低。针对型砂冷却速度慢和提高生产效率的矛盾，文章旨在通过数值模拟的方法，对型砂的自然对流冷却进行深入的探讨。1型砂冷却技术6随着社会对环境保护和节能减排要求的提高，现有型砂冷却设备逐渐失去了优势，铸造行业对不但冷却效果好而且经济性好的新型设备的需求不断提高。以往在铸造生产过程中大多采用摊晒凉砂冷却、管道风动冷却和气动沸腾床冷却等方法。然而，这些冷却方式都不同程度的存在一

5、定问题：其中摊晒凉砂冷却虽然过程简单，但是工人劳动强度大，工作环境差，占地面积大，对型砂规模化冷却制约明显；管道风动冷却则摩擦损失大，故障率高，不仅不便于维修，还会带来噪声污染，因此，该方法已基本淘汰；气动沸腾床冷却虽然冷却效果较有保证，但是配套设备较多，因而使得初投资较大，生产成本高，对中小企业而言，现实可期待性差，使用受限。其中以沸腾冷却床的效果最为明显，其是通过给料装置将经过筛后的热型砂均匀地加入到沸腾冷却床的鱼鳞板上，在鱼鳞板上形成80-120mm厚度的砂层。旧砂沿着震动方向前进的同时，鼓风系统将冷风鼓入沸腾冷却床下部的风室内，然后通过鱼

6、鳞板的小孔，不断地吹向旧砂层，使热砂呈沸腾状态，由此进行充分的热交换使砂子冷却；吸收了砂子热量的空气由抽风装置抽走。为了进一步提高冷却效果，新一代沸腾冷却床还配有由多个不同通径的阀构成加水系统。加水系统通过料层的厚度和进出的热型砂的温度来控制加水量，加水量的变化和数量则由阀的开启顺序和数量自动调节，这样以有效利用水的潜热来进一步提高冷却效果。此外比较常见的还有双盘冷却机，其是将进入冷却盘体内的旧砂和粘土等，由两个旋转方向相反的搅拌装置抛起，为了使砂充分搅拌，砂层呈波浪式的翻腾状态。每个搅拌装置上有6刮板、内刮板和外刮板，且有角度要求。在搅拌的同时

7、，由鼓风系统鼓入的冷空气经半环状的进风通道和导风口分别进入双盘底侧。冷空气以一定的风压和风速吹射到抛起的砂子表面，翻腾着的砂子与冷空气充分接触进行交换，空气吸取砂子的热量后由抽风装置将其抽走。生产实际中，部分双盘冷却机也带有加水系统，同样是利用水的潜热来进一步提高冷却效果。2数值模拟技术冷却技术一直是工程领域的一个重要组成部分，它广泛应用于农业、工业和军事等诸多领域。人们对冷却技术的研究主要有三种方法：2.1实验测定实验研究是冷却研究最基本的研究方法，但是实验测定往往成本较高，经济性并不好，现在已较少使用，只是在数值模拟结果验证方面使用。2.2理

8、论分析由于实际问题的复杂性，目前只能对情况比较简单的问题得出分析解。2.3数值模拟随着计算技术的飞速发展，数值模拟技术应运而生，相关商业