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  本文關(guān)鍵詞：鋁合金超聲凝固溶池流場(chǎng)數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中南大學(xué)》 2009年

鋁合金超聲凝固溶池流場(chǎng)數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究

謝恩華  

【摘要】： 在鋁合金的鑄造過程中施加超聲外場(chǎng)技術(shù)是當(dāng)前國(guó)際研究的熱點(diǎn)和未來鑄造技術(shù)的一個(gè)新的發(fā)展方向,超聲波在金屬熔體中產(chǎn)生的空化和聲流效應(yīng)可以明顯改善成型鑄錠的組織和性能,本文主要以鋁合金超聲鑄造為切入點(diǎn),研究以下幾方面內(nèi)容: 1、通過測(cè)量超聲工具桿端面在空氣中的位移振幅,應(yīng)用多介質(zhì)聲波傳輸理論對(duì)工具桿在鋁合金熔體中的聲壓分布進(jìn)行計(jì)算,得到了工具桿在鋁合金熔體中產(chǎn)生的聲壓場(chǎng)分布。在對(duì)空化理論以及空化閾值的影響因素進(jìn)行分析后,結(jié)合熔體的聲壓場(chǎng)分布,得出在本試驗(yàn)條件下超聲設(shè)備在鋁合金熔體中所產(chǎn)生的空化場(chǎng)約為工具桿端面下30mm范圍內(nèi)。 2、通過對(duì)熔體中的Eckart聲流現(xiàn)象進(jìn)行理論分析,考慮流體方程各參量的二階項(xiàng)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過分析和推導(dǎo),得到了Eckart聲流驅(qū)動(dòng)力的表達(dá)式。應(yīng)用流體仿真軟件Fluent對(duì)置于坩堝中的7050鋁合金熔體超聲處理過程進(jìn)行數(shù)值模擬,通過對(duì)熔體內(nèi)的超聲吸收系數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算后得到試驗(yàn)條件下的聲流驅(qū)動(dòng)力值,隨后通過UDF函數(shù)將其添加到Fluent的計(jì)算過程中進(jìn)行模擬計(jì)算,模擬結(jié)果表明:在輸出功率為170W的超聲波的作用下,在坩堝的可流動(dòng)區(qū)域內(nèi),形成了大規(guī)模的Eckart聲流現(xiàn)象;高速并不是聲流的特點(diǎn);在液相區(qū)域內(nèi)位于工具桿對(duì)稱軸線上的軸向速度幅值呈先增大后減小的趨勢(shì);仿真得到的最大軸向速度幅值與Eckart聲流軸向速度經(jīng)典公式計(jì)算值在一個(gè)數(shù)量級(jí)上,但在出現(xiàn)位置上與其有偏差;聲流驅(qū)動(dòng)力增大時(shí),最大軸向速度幅值并不隨著線性增大,驅(qū)動(dòng)力的增大影響了溫度場(chǎng)和聲流范圍;隨著容器規(guī)模的增大,最大軸向速度幅值也隨著迅速增大,但隨后增長(zhǎng)幅值漸小。 3、根據(jù)仿真模擬條件,進(jìn)行鋁合金超聲坩堝鑄造試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)了從工具桿端面至坩堝壁面的一條超聲作用區(qū)域分界線,結(jié)合空化場(chǎng)的分析和聲流場(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果,間接證明了超聲聲流對(duì)鑄錠細(xì)晶區(qū)域的貢獻(xiàn)。鋁合金的超聲半連鑄試驗(yàn)結(jié)果證明了超聲波在半連鑄領(lǐng)域具有同樣的細(xì)晶效果,對(duì)比澆鑄口引起的外流場(chǎng)和超聲流場(chǎng),可知聲流現(xiàn)象在半連鑄試驗(yàn)中對(duì)于細(xì)晶區(qū)域的貢獻(xiàn)很小,可以忽略不計(jì)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TG27
【目錄】：

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【參考文獻(xiàn)】

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