底吹氩钢包内流动及界面传热行为的数值模拟研究

钢包底吹氩是二次精炼中的常用手段,在均匀温度和成分、促进钢渣界面反应、去除夹杂物等方面效果显著,然而底吹氩在搅拌钢液的同时会加剧壁面耐材熔损,降低钢液洁净度,影响钢包寿命和使用安全性。采用数值模拟的方法研究了底吹氩钢包内钢渣流动及固液间传热行为,分析了单孔和双孔吹氩下气泡上浮及钢渣界面行为,对比了钢包不同结构界面处温度分布,探讨了吹氩量对钢包内流动传热及界面温度分布的影响。结果表明:底吹氩钢包内气泡羽流呈倒锥状分布,随着距渣眼距离的增加,钢渣界面速度和温度逐渐降低;同一气量下,相较于单孔吹氩,双孔吹氩下气泡羽流扩张角增大,渣眼面积减小,钢渣界面最大速度和湍动能较小;钢包不同结构界面温度由内向外逐渐降低,各界面渣线高度位置和底部存在较大的温度梯度;底吹氩所形成的局部循环流会导致工作层壁面的近钢渣界面位置形成高温热点区域。增大吹氩量,壁面高温热点区域温度和范围增大,近钢渣界面壁面的最大周向温差在20 K左右,双孔吹氩模式和低吹氩量有利于减小壁面周向温差。

铝合金在接触固溶处理工艺中的界面传热系数

采用有限元模拟和反演优化(IO)方法测定7075铝合金在不同压力、表面粗糙度和温度下接触固溶处理过程中的界面传热系数(IHTC)值,并分析这些因素对IHTC的影响。结果表明:随着压力的增加,IHTC值先增加,然后保持稳定;IHTC值随表面粗糙度的增大而减小;随着板温的升高,瞬时IHTC值先增大后减小。基于压力、表面粗糙度和温度的综合影响规律,建立多因素影响的IHTC理论模型。使用此模型能较好地预测不同条件下合金的瞬时IHTC值。

薄带连铸界面传热热流分析

金属液与结晶辊之间的界面传热热流是影响薄带连铸初期凝固过程的关键.笔者利用自主开发的快速凝固界面传热测试装置,研究了金属液成分、结晶辊材质、结晶辊表面镀层、结晶辊表面纹理形貌和浇注温度等参数对界面换热的影响.研究结果表明:通过控制金属液的成分、结晶辊表面镀层和纹理处理可以有效地控制界面热流.

铸件和铸型间界面传热系数的试验研究

在铸造凝固过程的数值模拟中,铸件/铸型间的界面传热系数是非常关键的一个参数。为提高数值模拟精度,文中采用铝合金铸件设计了金属型铸造试验,考虑了铸型厚度对结果的影响,使用特制的热电偶采集了铸件内部不同位置的温度值。以此实测的温度场数据为基础,结合数值模拟技术和界面传热系数"反问题"的求法,得到界面传热系数与时间的函数关系。结果表明:铸型厚度不同会影响铸件铸型间的热流和界面传热系数的变化规律,且界面传热系数在铸件冷却中并非常数,随着凝固过程的继续而减小。最后将所得界面传热系数用于凝固过程的温度场模拟,与试验结果进行了对比分析,得到了合理的分布,说明此界面传热系数测定方法可行。

确定金属型铸造界面传热系数方法的研究

铸造凝固过程数值模拟中通常用界面传热系数表示热阻的影响,在诸多影响模拟精度的因素中,该系数起主导作用。为提高模拟精度,以ANSYS软件为平台,在测温试验的基础上,考虑铸件与铸型的不同接触位置以及不同界面传热系数对模拟结果的影响,采用0.618黄金分割法选取了该系数;应用最小二乘法建立起界面传热系数与时间关系的数学模型,并对金属型铸造凝固过程的温度场进行了模拟,将模拟结果与试验结果做了对比分析,得到了合理的温度分布。研究的结果为获得精确的界面传热系数提供了一种研究方法。

带有玻璃润滑剂的P92耐热钢与H13模具钢间的界面传热系数

在玻璃润滑热挤压工艺的模拟中,界面传热系数是非常重要的一项参数,然而目前已有文献中所使用的数值缺乏实验依据。该文根据一维稳态传热原理,搭建了界面传热系数的测试平台,测试了P92耐热钢与H13模具钢之间的界面传热系数。P92与H13之间用玻璃润滑剂隔开,研究不同温度、不同玻璃润滑剂厚度和不同界面压力对传热系数的影响,并提出了应用于工艺数值模拟的界面传热系数的合理数值。

基于Isight反求界面传热系数的研究

以试验测得的温度为基础,基于Isight平台,结合数值模拟方法和模拟退火算法的优化方法,计算求解了A356铝合金铸件冷却凝固过程中铸件与金属铸型间的界面传热系数。采用优化软件Isight集成铸造仿真软件ProCAST,成功解决了这两个软件的接口问题,而且在后处理数据的提取方面,采用均匀步长的计算,与整理后均匀时间步长的试验数据能更好的匹配,从而方便计算优化目标。另外,它不仅可以准确计算出随温度或时间变化的传热系数,而且还可以应用该方法优化铸造工艺和模具。

界面传热系数的反求计算

介绍了在镍铝青铜水玻璃砂型铸造中铸件-砂型界面传热系数的反求计算。首先对铸件、铸型的温度进行测量,然后通过ProCAST反求计算,得到了符合实际的传热系数。该方法可用于其它合金铸造过程中界面传热系数的确定。

金属铸造界面传热系数的试验研究及其确定

金属铸造凝固过程中,在接触界面间会产生热阻。热阻的大小随空间和时间变化,常常主导着热传导的过程,通常将热阻的影响表示为界面传热系数,在温度场数值模拟中,铸件与铸型间的界面传热系数是关键的参数。利用有限元分析软件ANSYS结合试验数据,模拟了铸造凝固过程的温度场,分别考虑了不同界面传热系数对模拟结果的影响,并将模拟数据与试验结果进行了比较,发现了金属型铸造界面传热系数随时间变化的规律,以及铸件与铸型的接触位置对界面传热系数的影响。

一种铸件/铸型界面传热系数的反求法

对界面传热系数的求解进行了推导,提出了一种新的确定铸件/铸型等效界面传热系数的方法反求法。选择一个形体简单的铸件作为标准试样,采用不同常数的等效界面传热系数,进行若干次模拟试算,与实际标准试样中某点的温度曲线进行比较,当两者温度曲线比较接近时,则认为该等效传热系数是铸件/铸型之间的传热系数。采用不同厚度的实际叶片铸件进行了验证试验,结果表明,该方法是有效可行的。

多孔泡沫金属相界面传热系数的研究

基于简单立方体模型并采用翅片理论分析得出了流体在多孔泡沫金属通道内层流强制对流时相界面传热系数的表达式,并在不同条件下研究了流体流速和孔隙结构对相界面传热系数的影响,结果表明,相界面传热系数随着流体流速的增大而增大,随着多孔泡沫金属孔密度的增大而增大,而随着多孔泡沫金属的孔隙率的增大先增大后减小。

界面传热系数对铸造凝固过程温度场的影响

为研究重力铸造和反重力铸造凝固过程中铸件/铸型间界面传热系数对温度场的影响,利用ANSYS有限元软件模拟了铸造凝固过程的温度场,并将模拟数据与实际测量的温度进行了对比.研究结果表明:无论是重力浇铸,还是凝固压力为17.12 kPa和30.90 kPa的反重力浇铸,对于模拟温度场与实际测量的温度场的接近程度,考虑界面传热系数要优于不考虑界面传热系数;随着凝固压力的增大,铸型/铸件界面的传热能力提高,铸件凝固速度增加,凝固时间缩短.

铸件与铸型间界面传热系数的一种简化反求法

为了简便、准确地确定在凝固过程中铸件与铸型间的界面传热系数,提出了一种新的简化反求法。先选择一个形体简单的铸件作为标准试样,利用不同的传热系数进行若干次温度-时间曲线的有限元模拟,并与实际铸件中对应点的温度-时间曲线进行比较;当两曲线比较接近时,该传热系数可作为铸件与铸型之间的等效界面传热系数;并将其作为实际叶轮铸件有限元模拟的参数,所得到的模拟结果与试验结果相符,证明该方法准确可靠。

界面传热对薄壁注塑成型质量的影响

利用数值模拟方法,研究了熔体与模具间界面传热对注塑成型制件质量的影响情况。研究结果表明,薄壁制件的翘曲量会随着传热强度的增大而增加,且其影响程度因聚合物材料而异;另外,随着薄壁制件厚度的减小,熔体与模具间界面传热强度对薄壁制件翘曲量的影响变得越显著;采用低导热模芯或采用隔热涂层的方式降低熔体与模具间的传热强度,可以改善薄壁注塑成型翘曲现象,为改善薄壁件注塑成型质量提供了新思路。

金属铸造过程界面传热系数的测定

通过采集金属铸造过程中铸件/铸型界面上温度的变化曲线,利用有限元分析软件ANSYS模拟了金属铸造凝固过程的温度场,采用非线性估算法,求解了以铝合金为铸件材料的铸件/铸型间的界面传热系数,发现了该界面传热系数随时间的变化规律.计算结果表明:在金属铸造过程中,铸件-铸型界面传热系数随着凝固时间的增加迅速下降,随后下降变得缓慢,凝固结束后趋于稳定.铸型厚度增大对界面传热系数有很大影响,随着铸型厚度的增加,界面传热系数减小.

亚快速凝固过程中瞬态界面传热的研究进展

在亚快速凝固过程中,基体与熔体间的界面传热直接影响着熔体凝固过程以及凝固坯壳的组织形貌和表面质量,而瞬态界面传热又是其中的关键问题。重点从瞬态界面传热的研究方法、影响瞬态界面热流的因素、瞬态界面热流对凝固组织的影响等三个方面综述了目前国内外瞬态界面传热的研究进展,并提出目前研究中存在的问题及今后的研究方向。

金属铸造凝固过程的界面传热系数的测定

金属铸造凝固过程中利用界面系数表示热阻的影响,在热传导过程中起着主导作用,为提高模拟精度,采用铝硅合金的铸件设计了金属型铸造实验,在已经测得的实验数据的基础上,利用ANSYS模拟铸造凝固过程得到温度随时间变化的曲线,通过"0.618法"和"反问题"的方法求解出界面传热系数,并将最小二乘法建立的界面传热系数关于时间的数学模型用于数值模拟,其结果与测温实验数据进行了比较,误差均在5%以内,得到合理的温度场分布。

低压铸造铝车轮金属型与铸件界面传热系数的探索

通过安装在铸型上的热电偶记录铝车轮金属型低压铸造过程的温度曲线,将其与铸造模拟软件Magma获得的温度曲线进行对比分析,确定铸件与模具的界面传热系数。并通过模拟预测缺陷与X光检测结果的对比,验证了获得的界面传热系数的可靠性。

引入界面传热系数后铸型厚度与蓄热能力关系

采用硅铝合金(含Si 13.5%)为铸件材料,45号钢为铸型材料,引入铸造数值模拟重要的边界条件界面传热系数,同时改变铸型厚度,利用有限元分析软件ANSYS模拟了金属铸造过程温度场的分布规律,分析了铸型厚度变化对铸造温度场分布的影响。结果表明:引入界面传热系数可提高数值模拟的准确性;增加铸型壁厚可提高铸件凝固速度,当铸型壁厚增加到一定厚度后,对凝固速度的影响减弱以至消失。

考虑界面传热系数时铸造凝固过程的缺陷预测

考虑了铸造凝固过程中铸件铸型的热胀冷缩速率的不同,导致铸件铸型之间产生细小空气间隙,使得铸件铸型之间的界面传热系数发生改变。采用三维绘图软件PROE对蜗轮毂进行三维建模,并通过有限元分析软件ANSYS在考虑到空气间隙存在的情况下对其进行铸造凝固过程的数值模拟,得到凝固过程中各时刻的温度场、温度梯度场、热应力场等的分布情况,预测了铸件可能出现缩孔缩松以及裂纹的部位,结果与实际生产结果相一致。