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基于反热传导法的铝合金喷水冷却界面换热系数求解

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金属热处理 2018年第11期43卷 202-207页

作者：徐戎李落星王震虎湖南文理学院机械工程学院湖南常德415000 湖南大学汽车车身先进设计与制造国家重点实验室湖南长沙410082 湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙410082

数值模拟喷水冷却过程时,界面换热系数的准确求解是保证模拟结果可靠的先决条件。本文采用反热传导法求解了6082铝合金喷水冷却界面热流密度和界面换热系数,并通过对比同一特征点的试验测量温度和计算温度,验证了反热传导法计算结果的... 详细信息

数值模拟喷水冷却过程时,界面换热系数的准确求解是保证模拟结果可靠的先决条件。本文采用反热传导法求解了6082铝合金喷水冷却界面热流密度和界面换热系数,并通过对比同一特征点的试验测量温度和计算温度,验证了反热传导法计算结果的可靠性。结果表明：铝合金喷水冷却过程中,界面换热经历了过渡沸腾阶段、核沸腾阶段和单相对流阶段,且过渡沸腾阶段冷却界面的热交换率明显高于核沸腾阶段;铝合金喷水冷却的界面热流密度随试样表面温度降低先增大后减小,其最大值约为4.4 MW/m^2;铝合金喷水冷却的界面换热系数随试样表面温度降低先近似线性增大后逐渐减小,其最大值出现在核沸腾换热阶段,约为23. 8 k W/m^2K。

关键词：铝合金喷水冷却界面换热系数界面热流密度反热传导法

基于反热传导法的镁合金半连铸一冷区换热系数研究

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铸造 2023年第2期72卷 167-170,171-173页

作者：于晓强贾永辉乐启炽胡文义赵大志祝亚同王平东北大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110819 龙岩学院化学与材料学院福建龙岩364012

文中设计了模铸实验并采用喷水冷却方式来模拟AZ31镁合金半连铸一冷区传热过程,得到了用于反求界面换热系数的温度变化曲线。采用反热传导法求解了不同冷却水量下熔体-模具间的界面换热系数,并分析了冷却水量对界面换热系数的影响。结... 详细信息

文中设计了模铸实验并采用喷水冷却方式来模拟AZ31镁合金半连铸一冷区传热过程,得到了用于反求界面换热系数的温度变化曲线。采用反热传导法求解了不同冷却水量下熔体-模具间的界面换热系数,并分析了冷却水量对界面换热系数的影响。结果表明,随着冷却水量的增加,界面换热系数峰值与冷却水量呈正相关,冷却水量由20 L/min提高到60 L/min时,换热系数峰值从1425.8 W/(m^(2)·K)增加到2727.5 W/(m^(2)·K),且高冷却水量的换热系数峰值出现在低的温度;随着冷却水量的增加,从铸坯边部到中心的凝固组织均匀性明显提高。

关键词：镁合金界面换热系数冷却水量反热传导法微观组织

基于反热传导法的消失模铸件/铸型界面传热系数研究

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特种铸造及有色合金 2018年第4期38卷 391-394页

作者：殷亚军涂志新田桥周建新华中科技大学材料科学与工程学院

基于反热传导法,建立了铸件/铸型界面传热系数反求数学模型。将铸铁件实际冷却曲线作为输入条件,成功获取了消失模铸件/铸型界面传热系数,同时建立了消失模铸件/铸型界面传热系数随时间变化的数学模型。当铸型温度为20℃时,传热系数服从... 详细信息

基于反热传导法,建立了铸件/铸型界面传热系数反求数学模型。将铸铁件实际冷却曲线作为输入条件,成功获取了消失模铸件/铸型界面传热系数,同时建立了消失模铸件/铸型界面传热系数随时间变化的数学模型。当铸型温度为20℃时,传热系数服从h(t)=182.8-182.1×(7.23×10^(-5))~t;当铸型温度为50℃时,传热系数服从h(t)=181.7-237.1×(1.45×10^(-4))~t。采用反求获取的铸件/铸型界面传热系数对铸件凝固过程的温度场进行模拟。结果表明,与采用经验常数界面传热系数相比,采用反求法获取的界面传热系数的温度场模拟更接近实际。

关键词：反热传导法界面传热系数温度场铸铁件

金属型铸造界面换热系数峰值预测模型的建立和验证

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中国有色金属学报 2014年第4期24卷 950-957页

作者：徐戎李落星张立强朱必武卜晓兵湖南大学汽车车身先进设计与制造国家重点实验室长沙410082 湖南大学机械与运载工程学院长沙410082 湖南大学材料科学与工程学院长沙410082

在改进Hamasaiid模型的基础上提出了新的金属型铸造界面换热系数峰值hmax预测模型,该模型引入表面张力参数,定量研究其对界面换热的影响。采用A356铝合金金属型重力铸造实验对模型进行验证。结果表明:反求计算的hmax约为5944 W/(m2·K)... 详细信息

在改进Hamasaiid模型的基础上提出了新的金属型铸造界面换热系数峰值hmax预测模型,该模型引入表面张力参数,定量研究其对界面换热的影响。采用A356铝合金金属型重力铸造实验对模型进行验证。结果表明:反求计算的hmax约为5944 W/(m2·K),采用Hamasaiid模型计算的hmax约为7987 W/(m2·K),误差约为34%;新模型未考虑表面张力时计算的hmax约为6228 W/(m2·K),误差约为5%,考虑表面张力时计算的hmax约为5992W/(m2·K),误差约为1%。新模型计算精度有较大提升,计算结果与反求结果具有很好的一致性,表面张力对计算精度有一定影响。

关键词：界面换热系数金属型重力铸造表面粗糙度参数表面张力接触热阻反热传导法

铝合金重力铸造过程中铸件—模具界面换热系数反求及其在仿真中的应用

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铝合金重力铸造过程中铸件—模具界面换热系数反求及其在仿真中的...

作者：夏巍湖南大学

学位级别：硕士

铸件与模具界面的换热系数作为表征铸件与模具界面换热行为的关键参数，是一个典型的难以直接获得的边界条件，它的大小受到若干种因素共同影响，迄今为止尚未找到能定量分析它的成熟理论和方法，也没有能够对其大小直接进行测量的实验... 详细信息

铸件与模具界面的换热系数作为表征铸件与模具界面换热行为的关键参数，是一个典型的难以直接获得的边界条件，它的大小受到若干种因素共同影响，迄今为止尚未找到能定量分析它的成熟理论和方法，也没有能够对其大小直接进行测量的实验设备。所以，对它进行准确地求解和分析具有非常重要的现实意义。本文选用A356铝合金作为铸件材料，进行了多种条件下重力铸造凝固测温实验。并以实验过程中采集的温度数据作为输入参数，利用反热传导求解程序对各种条件下重力铸造实验中铸件-模具界面换热系数进行了求解。结果表明，铸件凝固过程中的界面换热系数变化大致可分为快速上升、快速下降、低值维持三个阶段。浇铸完成后，界面换热系数快速上升至峰值。随着铸件凝固层的增厚，收缩加剧，与冷端接触形式逐渐由完全接触转变为局部接触，界面空气间隙产生，导致换热系数快速下降。凝固末期，铸件与冷端的接触情况保持稳定，换热系数趋于稳定。通过对比冷端表面无涂料和冷端表面有涂料两次实验的界面换热系数反求结果可以得出，冷端涂料的使用导致了界面换热系数峰值及稳定值的降低，并延长浇注完成后界面换热系数到达峰值的时间。通过对比冷端材料分别为紫铜、黄铜以及45号钢三次实验的界面换热系数反求结果可以得出，由于材料热导率的影响，紫铜、黄铜、45号钢三种材料冷端所产生的换热系数峰值及稳定值依次减小，而到达峰值的时间依次增加。通过对比铸件垂直高度分别为100mm、190mm、230mm三次实验的界面换热系数反求结果可以得出，由于受到金属熔体静水压力以及铸件蓄热量的影响，铸件垂直高度越高，产生的界面换热系数越大，并且到达峰值和稳定值的时间越长。进行了梯形铸件的铸造凝固实验，并将反求得到的界面换热系数应用于梯形铸件凝固过程的温度场模拟中，结果表明：采用反求得到的换热系数曲线的模拟结果较采用经验常数换热系数的模拟结果更接近实验温度场，这样的结果进一步验证了界面换热系数反分析求解方法的正确性，并说明了界面换热系数在提高模拟精度上起到的决定性作用。

关键词：界面换热系数反热传导法重力铸造数值模拟

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金属型铸造凝固过程中界面热交换系数的研究

金属型铸造凝固过程中界面热交换系数的研究

作者：刘桐旺重庆大学

学位级别：硕士

随着铸造工艺中计算机技术成功应用,越来越多的计算机用户希望能够用一个准确的边界参数可以一用仿真来指导实践生产,铸造凝固过程的数值模拟是铸CAE的核心内容,也是预测铸件缺陷及其组织、力学性能的基础。界面参数的精确性直接影响铸... 详细信息

随着铸造工艺中计算机技术成功应用,越来越多的计算机用户希望能够用一个准确的边界参数可以一用仿真来指导实践生产,铸造凝固过程的数值模拟是铸CAE的核心内容,也是预测铸件缺陷及其组织、力学性能的基础。界面参数的精确性直接影响铸造仿真的可靠性,不准确的界面换热系数模拟出来的结果可能与实际情况大相径庭,进而影响了铸造CAE指导生产,更不可能预测铸造组织和力学性能。本文选用铝合金A356作为铸件材料,在多种条件下进行了凝固测温实验。在反问题数学模型的基础上,利用有限元分析软件Procast,将实验过程中采集的温度场数据作为输入参数,对金属型铸造凝固过程的温度场进行模拟分析,各种条件下重力铸造实验中铸件-模具界面换热系数进行了求解。得到了以下主要结论:(1)铸件凝固过程中的界面换热系数变化大致可分为快速上升、快速下降、低值维持三个阶段。浇铸完成后,界面换热系数快速上升至峰值。随着铸件凝固层的增厚,收缩加剧,与冷端接触形式逐渐由完全接触转变为局部接触,界面空气间隙产生,导致换热系数快速下降。凝固末期,铸件与模具的接触情况保持稳定,换热系数趋于稳定。(2)通过对比铸型表面无涂料和铸型表面有涂料两次实验的界面换热系数反求结果可以得出,冷端涂料的使用导致了界面换热系数峰值及稳定值的降低,并延长浇注完成后界面换热系数到达峰值的时间。(3)本文定性分析了求解热传导反问题的一些困难:求解计算量极大、非线性、不适定性。设计了合理的测温方案(测温系统)。就影响界面热交换系数的两大因素涂料和浇注温度,设计了4组测温实验。本文基于反求分析法建立了求解铸造过程中铝合金与金属模具的界面热交换系数的数学模型,并通过测温实验测量了准确的温度场,通过测量的温度场反求获得了界面热交换系数。

关键词：界面换热系数反热传导法重力铸造数值模拟