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糊状区变形及浓度再分布的模拟实验

金属学报 2002年第4期38卷 352-358页

作者：沈厚发 C.Beckermann 清华大学机械系北京100084 Department of Mechanical Engineering The University of Iowa

用丁二腈－丙酮合金实验研究试样变形开始时间、初始厚度及变形量对枝晶变形及溶质再分布的影响．结果表明，枝晶变形满足幂次大于１的能量函数关系：枝晶变形能力主要与变形时糊状区固相分数有关：从糊状区挤出的液相相对浓度与固相分... 详细信息

用丁二腈－丙酮合金实验研究试样变形开始时间、初始厚度及变形量对枝晶变形及溶质再分布的影响．结果表明，枝晶变形满足幂次大于１的能量函数关系：枝晶变形能力主要与变形时糊状区固相分数有关：从糊状区挤出的液相相对浓度与固相分数、变形比率成线性关系

关键词：糊状区变形溶质再分布宏观偏析凝固金属连铸液芯压下

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合金凝固过程的传输模型

金属学报 2002年第1期38卷 35-40页

作者：韩志强沈厚发柳百成清华大学机械工程系北京100084

通过数学推导，对描述合金凝固过程传输现象的连续介质模型（Ｂｅｎｎｏｎ和Ｉｎｃｒｏｐｅｒａ，１９８７），体积平均模型（Ｂｅｃｋｅｒｍａｎｎ和Ｖｉｓｋａｎｔａ，１９８８），Ｐｏｉｒｉｅｒ模型（Ｐｏｉｒｉｅｒ等人，１９９... 详细信息

通过数学推导，对描述合金凝固过程传输现象的连续介质模型（Ｂｅｎｎｏｎ和Ｉｎｃｒｏｐｅｒａ，１９８７），体积平均模型（Ｂｅｃｋｅｒｍａｎｎ和Ｖｉｓｋａｎｔａ，１９８８），Ｐｏｉｒｉｅｒ模型（Ｐｏｉｒｉｅｒ等人，１９９０－１９９１），以及柱状枝晶凝固模型（Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ和Ｂｅｃｋｅｒｍａｎｎ，１９９５）的质量、动量、能量、溶质守恒方程进行了比较结果表明，基于各相密度、导热系数、比热容分别相等且为常数，以及渗透率各向同性、液相粘度为常数的假设，各模型的守恒方程均可以推导出相同的简化方程．

关键词：合金凝固传输现象数学模型

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板坯连铸结晶器流场的格子法模拟

机械工程学报 2006年第9期42卷 154-159页

作者：张小军沈厚发清华大学机械工程系北京100084

给出一种与现有传统数值方法不同的计算流体动力学介观模型。在该模型中,建立描述流体微团运动及碰撞规律的格子Boltzmann方程以及平衡分布函数,并依此求解出流体微团的分布函数,而流场的速度、压力等物理量可直接根据流体微团的分布函... 详细信息

给出一种与现有传统数值方法不同的计算流体动力学介观模型。在该模型中,建立描述流体微团运动及碰撞规律的格子Boltzmann方程以及平衡分布函数,并依此求解出流体微团的分布函数,而流场的速度、压力等物理量可直接根据流体微团的分布函数统计求和而得。在此基础上计算了板坯连铸结晶器中心面内的二维流动,模拟出流场在高雷诺数条件下流动模态随时间的变化过程,得到与试验结果一致的流场结构,较真实地反映高雷诺数条件下结晶器内湍流的有漩性、非对称性及非定常性。结果表明随着流场雷诺数的提高,流动中物理量脉动成分的显著增强,打乱了原有对称性的大涡结构,使得流动呈现非对称性及非定常性。

关键词：格子法连铸结晶器 Navier-Stokes 方程湍流

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连铸结晶器中坯壳生长有限元分析

清华大学学报（自然科学版） 2004年第11期44卷 1448-1451页

作者：王哲沈厚发柳百成清华大学机械工程系北京100084

为了预测结晶器出口铸坯坯壳的厚度与均匀性,考虑气隙对连铸坯的边界换热条件的影响,建立了铸坯传热凝固有限元计算分析的数学模型。采用热通量系数法反映实际的坯壳角部凝固特征现象。在方坯结果验证基础上,通过对新型H型连铸坯凝固过... 详细信息

为了预测结晶器出口铸坯坯壳的厚度与均匀性,考虑气隙对连铸坯的边界换热条件的影响,建立了铸坯传热凝固有限元计算分析的数学模型。采用热通量系数法反映实际的坯壳角部凝固特征现象。在方坯结果验证基础上,通过对新型H型连铸坯凝固过程进行模拟,计算得出了结晶器出口处坯壳的厚度。计算结果表明:H型铸坯坯壳的厚度随着拉速的增加而变小;铸坯在腹板和翼板交接处最薄,应适当增加水量,以保证坯壳在结晶器出口处具有足够的厚度。

关键词：连铸有限单元法 H型连铸坯结晶器气隙

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连铸结晶器内大方坯的热力耦合分析

钢铁 2008年第3期43卷 33-37页

作者：陈永罗歆沈厚发东北大学材料与冶金学院清华大学机械工程系北京100084

针对攀钢大方坯连铸机投产初期铸坯表面角部纵裂缺陷,建立了大方坯连铸结晶器内铜板与铸坯间的热力耦合模型,应用模型分析了大方坯连铸结晶器内的传热过程和坯壳的应力分布。在传热模型中,以稳态模型分析结晶器的传热过程,以瞬态模型分... 详细信息

针对攀钢大方坯连铸机投产初期铸坯表面角部纵裂缺陷,建立了大方坯连铸结晶器内铜板与铸坯间的热力耦合模型,应用模型分析了大方坯连铸结晶器内的传热过程和坯壳的应力分布。在传热模型中,以稳态模型分析结晶器的传热过程,以瞬态模型分析铸坯的传热过程;在力学模型中,考虑铸坯和结晶器的接触边界以处理结晶器角部的气隙,以热弹塑性模型分析铸坯的变形和应力场。2种结构的连铸结晶器中大方坯温度场和应力场计算结果表明,结晶器倒角从25 mm×45°变为12 mm×45°时,可改善铸坯角部的传热条件,降低凝固坯壳角部温度,增加凝固坯壳厚度,有利于减轻和防止铸坯角部裂纹。

关键词：大方坯连铸结晶器传热热力耦合分析有限元

Fe-C合金凝固过程流动、传热、传质的耦合数值模拟

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金属学报 2002年第9期38卷 941-946页

作者：韩志强沈厚发熊守美柳百成清华大学机械工程系北京100084

通过耦合求解凝固过程质量、动量、能量和溶质守恒方程,对Fe-C二元合金凝固过程中的流动、传热、传质现象进行了数值模拟.基于控制容积的有限差分法（CV-FDM）建立了微分方程的隐式离散格式,采用SIMPLE方法求解.代数方程的求解采用交替... 详细信息

通过耦合求解凝固过程质量、动量、能量和溶质守恒方程,对Fe-C二元合金凝固过程中的流动、传热、传质现象进行了数值模拟.基于控制容积的有限差分法（CV-FDM）建立了微分方程的隐式离散格式,采用SIMPLE方法求解.代数方程的求解采用交替方向隐式（ADI）和三对角矩阵算法（TDMA）相结合的方法.对一个上下边界绝热、左右边界对流换热的二维矩形区域的模拟计算表明,凝固初期排出的溶质主要被凝固前沿的液相流动带入液相区.在固液两相区中,由于枝晶骨架造成的流动阻力很大,在不考虑凝固收缩的条件下,两相区中的液相流动速度一般较纯液相区的流速小2-3个数量级.

关键词： Fe-C合金铁碳合金凝固流动传热传质数值模拟

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消失模铸造充型过程的人工神经网络算法

稀有金属材料与工程 2003年第4期32卷 268-271页

作者：李锋军柳百成沈厚发禹建丽清华大学北京100084 洛阳工学院河南洛阳471004

用人工神经网络算法计算了消失模铸造充型过程中不同时刻液态金属-模样界面的位置。通过实验对该算法进行了验证,模拟计算结果与实际测试结果无论在充型形态还是充型时间上都符合得较好。根据得出的界面位置及边界条件,通过求解N-S方程... 详细信息

用人工神经网络算法计算了消失模铸造充型过程中不同时刻液态金属-模样界面的位置。通过实验对该算法进行了验证,模拟计算结果与实际测试结果无论在充型形态还是充型时间上都符合得较好。根据得出的界面位置及边界条件,通过求解N-S方程和能量方程计算了消失模铸造充型过程的流场及温度场。讨论了该计算模型在消失模铸造过程模拟仿真中的应用。

关键词：消失模铸造充型过程人工神经网络数值模拟

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钢锭铸造过程宏观偏析数值模拟

金属学报 2018年第2期54卷 151-160页

作者：沈厚发陈康欣柳百成清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室北京100084

本文以宏观偏析数学模型在钢锭铸造过程中的应用为主,阐明了宏观偏析的机理及影响因素,归纳了已有的几类宏观偏析模型,介绍了近年来宏观偏析模型的新发展。还介绍了本课题组进行的大型钢锭宏观偏析数值模拟研究工作,包括开发的多元多相... 详细信息

本文以宏观偏析数学模型在钢锭铸造过程中的应用为主,阐明了宏观偏析的机理及影响因素,归纳了已有的几类宏观偏析模型,介绍了近年来宏观偏析模型的新发展。还介绍了本课题组进行的大型钢锭宏观偏析数值模拟研究工作,包括开发的多元多相宏观偏析数学模型在36 t钢锭铸造中的应用,以及多包变成分合浇工艺的数值模拟。对36 t钢锭进行全截面解剖,结果表明,模拟结果与实测吻合较好,进而说明所开发的多元多相宏观偏析模型能够较准确地预测钢锭中产生的宏观偏析。此外,模拟结果显示,多包变成分合浇工艺可得到与凝固后实际偏析形式相反的初始溶质分布,这也证明了多包变成分合浇工艺在宏观偏析控制上的应用能力。

关键词：钢锭凝固宏观偏析数值模拟

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板坯凝固末端轻压下流动与溶质分布的研究

铸造 2004年第12期53卷 1023-1027页

作者：马长文沈厚发黄天佑清华大学机械工程系北京100084

在有限元分析坯壳变形的基础上,采用连续模型研究了轻压下过程中板坯凝固末端两相区的流动与溶质分布。在铸坯凝固末端轻压下直接作用区域,两相区受到压缩,枝晶间富含溶质的液相被挤出,相对于铸坯向液芯方向流动。轻压下之后,铸坯中心... 详细信息

在有限元分析坯壳变形的基础上,采用连续模型研究了轻压下过程中板坯凝固末端两相区的流动与溶质分布。在铸坯凝固末端轻压下直接作用区域,两相区受到压缩,枝晶间富含溶质的液相被挤出,相对于铸坯向液芯方向流动。轻压下之后,铸坯中心区域由糊状区内被压缩的固相及残留的液相构成,中心区域偏析指数下降。凝固末端被挤出的液相重新参与溶质分配过程,铸坯部分区域的溶质浓度有所升高。

关键词：中心偏析数值模拟轻压下连铸