薄板坯连铸凝固过程中宏观偏析的数值模拟

建立了连铸凝固宏观传输过程的温度场、溶质场、紊流流场模型,并对其进行了耦合求解.模拟分析了薄板坯凝固过程和宏观偏析的形成过程.计算表明,浸入式水口射流冲击到结晶器窄壁后形成上下两股回流,液相的紊流流动对传热、传质等都有显著的影响.随凝固的进行,液相中的溶质不断富集,最终在铸坯的中心区域形成宏观偏析.采用Schneider等的溶质传输模型,计算了固相溶质逆扩散对糊状区及固相溶质分布的影响.     

微观模型在凝固过程偏析数值模拟中的应用

在微观尺度上的凝固模型描述的是一个比较特殊的现象 ,但它是联系包括充型过程中液体的流动 ,宏观尺度上的热传输和宏观 /微观尺度上的质量传输等过程的中心纽带。本文介绍了微观偏析模拟的发展历史 ,简单介绍了微观模拟的模型和方程 ,指出了微观模拟技术现在的不足以及发展方向     

铸造钢锭宏观偏析的数值模拟

铸钢凝固过程的溶质再分配是产生宏观偏析的根本原因.利用数值模拟技术,对一个采用垂直定向凝固工艺的钢锭进行了铸造过程模拟分析,考虑了材料参数和边界条件的非线性特征,以及凝固过程中液态金属的自然对流和溶质扩散,预测了钢锭各部位的凝固时间和硫元素宏观通道偏析的位置和偏析程度,模拟结果与相关文献的实验结果基本一致.模拟结果表明,为保证钢锭质量,应从优化钢锭结构和铸造工艺两方面入手,达到减轻宏观偏析、提高钢锭利用率的目的.     

凝固过程微观偏析数值模拟的研究发展

微观偏析现象对于合金性能和后续加工有非常重要的影响 ,对它的数值模拟研究已受到许多研究者的关注 ;回顾并简单地介绍微观偏析数值模拟的发展 ,指出现有模型的不足和以后的发展方向     

铸钢件凝固过程中自然对流引起的宏观偏析模拟

使用ＳＩＭＰＬＥＲ算法,基于体积平均的描述对铸件凝固宏观传输过程的温度场、溶质场、流场耦合模型进行了求解。应用此模型对铸钢件凝固过程进行了模拟,考察了自然对流对传热、传质的影响。结果表明,自然对流显著改变了糊状区等温经的形状与溶质浓度的分布,此模型定量地预测了铸件的宏观偏析,采用Ｓｕｚｕｋｉ判据,计算出了Ａ型偏析可能出现的位置。     

定向凝固钢锭中宏观偏析的模拟研究

为对定向凝固钢锭中的宏观偏析进行预测,对合金凝固过程的统一模型进行了适当的修正,提出一个适用于低合金钢凝固的统一模型。该模型以Fe—C二元合金为基础,同时引入其它合金元素的影响,更全面地反映了碳偏析行为。并且对包晶反应、非定常平衡分配系数等进行了简化处理。解剖了两个6t定向凝固钢锭,实测了成分分布。计算结果与之比较符合较好。     

难混溶合金凝固过程中宏观偏析形成的数值模拟

基于分离粒子法，建立了一个模拟难混溶合金凝固过程中第二相宏观偏析形成过程的模型．此模型考虑了实际凝固过程中的诸多因素，包括形核，扩散长大，Ostwald熟化，Brownian碰撞以及运动碰撞的影响．对Al-30％In合金的模拟结果与实验结果吻合较好，反映了所建立模型较好的理论预测能力．     

电磁离心凝固过程中宏观偏析的数值模拟

基于连续模型建立了非惯性坐标系下电磁离心凝固过程流动、传热、传质耦合数学模型．依此模型对Al-5％Cu合金进行了模拟计算．结果表明，电磁离心凝固过程中，电磁力使熔体的平均径向运动速度下降．熔体流动状态的改变使凝固合金外层的逆偏析减轻，凝固过程中两相区的负偏析也减轻．与普通离心铸造相比，电磁离心凝固可减轻铸件宏观偏析．模拟结果与实测铸件成分分布基本吻合，表明本数学模型较好地描述了电磁离心凝固过程．     

连铸过程溶质元素宏观偏析的数值模拟

采用商业软件CALCOSOFT模拟了实际连铸冷却条件下铸坯内部的温度场、流场和溶质场的分布。为了对模拟结果进行验证,将实际铸坯进行了刨屑化学成分检测。结果表明：模拟的宏观偏析结果与实际铸坯中检测的情况极为相似。凝固初期自然对流可能引起较大的内部紊流,将凝固前沿溶质带到中心液相起到了稀释作用;在凝固末期,糊状区显著阻碍了液相的流动,自然对流非常微弱,不能将枝晶间的浓化液相带到中心,大大减小了溶质元素向中心聚集的程度。     

铸造参数对2024铝合金半连铸过程中宏观偏析影响的数值模拟研究

本文采用考虑了浮游晶运动的拓展连续模型计算大尺寸2024铝合金半连铸铸锭的宏观偏析。模型中宏观的传质、传热、动量传输方程与Scheil-Gulliver微观凝固模型相互耦合。通过九个算列计算铸造参数（铸锭尺寸、铸造速度、浇注温度以及二冷区冷却强度）对宏观偏析的影响,并详细讨论了铸造参数对形成宏观偏析传输机制的影响。研究结果表明,铸造参数直接影响熔池的形状和尺寸进而影响最终偏析形态。其中,铸锭尺寸和铸造速度是最主要的影响因素。更大的铸锭尺寸通常意味着更慢的冷却速度,以及更深和更宽的熔池,从而导致铸锭中心更严重的宏观偏析。增加铸造速度则将显著地增加熔池的深度,因而更大的铸造速度将导致更严重的宏观偏析。而熔池的深度随浇注温度的增加仅轻微增加,故浇注温度对宏观偏析的影响不如前二者敏感。     

铸钢件熔模精密铸造凝固过程数值模拟

熔模精密铸造在现代铸造行业所占比重越来越大,采用计算机数值模拟的方法模拟熔模精密铸造凝固过程,预测铸造过程可能产生的缺陷,有助于改进以“试错法”为主的传统的工艺设计方式,能够有效的缩短生产周期,节约成本,对于铸造企业来说具有重要的意义。建立了熔模精密铸造凝固过程数值模拟的物理数学模型,采用自行开发的软件模拟了熔模铸钢件的凝固过程,对缩孔缺陷进行了预测,并且将该软件的模拟结果与实际结果进行了对比。     

连铸坯凝固过程的数值模拟研究

研究了拉速和过热度相关工艺参数对铸坯温度场的影响规律,利用Fluent软件模拟石油套管用钢37Mn5铸坯的连铸凝固过程,分析了连铸坯凝固传热过程的温度场。讨论了不同过热度和拉坯速度条件下铸坯温度场的分布情况。总结了连铸圆坯凝固过程的传热特点,优化了工艺参数。结果表明,优化后的工艺参数可以指导生产实践。     

汽车支架的计算机辅助铸造工艺设计及模拟优化

以某球铁板形铸件为研究对象,用DISA线垂直分型的浇注系统设计方法设计了铸件的浇注系统,运用均衡凝固理论设计了铸件冒口,用数值模拟方法对设计工艺进行了反复的对比优化,并实际浇注铸件进行了验证。研究表明:用均衡凝固理论设计冒口时,不能只局限于用几何结构来划分结构分体,还要根据壁厚差的情况才能划分出合理的结构体;底注式浇注系统并非总是最为平稳的浇注系统;用均衡凝固理论结合数值模拟方法优化了汽车支架的铸造工艺。     

连铸大方坯凝固传热过程的数值模拟

基于凝固传热学基本理论，建立了大方坯凝固传热数学模型。该模型根据糊状区溶质传输和反扩散理论，基于变热物性参数，采用钢中多组元成分的百分含量计算液、固相线温度。以实际铸坯为对象，以二冷区铸坯表面实际水流密度分布和辊子接触传热为边界条件，充分考虑二冷区的四种不同的换热状况，研究连铸大方坯三维温度场。计算结果与实测温度吻合。     

大型铸钢支承辊充型和凝固过程数值模拟

在应用ViewCast软件模拟实际铸钢支承辊的凝固过程时，发现原始工艺易导致缺陷残留在上下辊颈中。根据计算机模拟结果改进原工艺设计，调整模具壁厚，达到良好效果。通过对原工艺和改进工艺进行模拟对比。模拟结果显示改进工艺可以使辊身与下辊颈快速凝固，整个铸件顺序凝固，从而使缩孔、宏观偏析最重的位置集中在冒口部位。采用底注式切线型内浇道的浇注系统，金属液充型过程平稳。     

连铸大方坯凝固传热过程的数值模拟

基于凝固传热学基本理论,建立了大方坯凝固传热数学模型。该模型根据糊状区溶质传输和反扩散理论,基于变热物性参数,采用钢中多组元成分的百分含量计算液、固相线温度。以实际铸坯为对象,以二冷区铸坯表面实际水流密度分布和辊子接触传热为边界条件,充分考虑二冷区的四种不同的换热状况,研究连铸大方坯三维温度场。计算结果与实测温度吻合。     

汽车球铁件凝固数值微机模拟技术开发与应用

利用微机对球墨铸铁件的凝固过程进行三维数值模拟,并用彩色图形显示其动态凝固过程,其计算结果可为汽车球铁件的工艺参数优化提供科学依据。