基于Level Set法铸造充型过程气-液两相流数值模拟

针对目前铸造充型流动模拟最为常见VOF方法的不足,建立了基于Level Set方法的气液两相流数学模型及求解方法.应用所建立的模型,模拟了气泡的运动过程,并通过水模拟试验进行了验证,模拟结果表明,Level Set方法可以有效地模拟铸造充型过程中的气液两相流动,是铸造模拟技术发展的新方向.     

应用两相流模型模拟压铸充型过程的卷气现象

通过对压铸充型过程中卷气缺陷形成机理的分析,认为型腔中空气的流动以及与金属液之间的相互作用是形成卷气现象的主要原因.为了考虑型腔中空气的流动,采用了一种不可压缩两相流数学模型来模拟压铸充型过程的卷气现象.通过计算流体力学中的两个基准算例,较为全面地验证了该模型的准确性和可靠性.在此基础上,设计了专门针对压铸充型过程的高速水模拟实验,通过对可视化实验结果与两相流模拟结果的比较,证实二者吻合较好,说明了该模型能够较好地模拟液体的充填行为和卷入其中的气泡.     

基于充型过程金属液流动特点的气-液两相流算法模型（英文）

针对在铸件充型过程中,金属液表现出不同的流动特点,含有固体颗粒的金属液具有不可压缩非牛顿流的流动特性,而过热金属液具有不可压缩牛顿流的流动特点,采用Projection方法求解气体、过热金属液和含有固体颗粒的金属液的速度场,用Level set方法来追踪气-液界面边界。为了验证计算模型,将模拟结果与实验结果(采用16 mm摄像机记录充型过程)进行比对,从而证明计算模型的正确性。     

铸造充型过程宏观数值模拟研究进展

综述了铸造充型过程宏观数值模拟研究的现状。给出了铸造充型过程宏观模拟所涉及的物理模型，并以三维带障碍物溃坝模型、平板件充型流动场为例，基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法进行了模拟计算。阐述了常见的网格划分类型和数值求解方法，对比了不同数学方法的特点。说明了铸造充型多相流模拟的研究情况，并指出进行流动场气、液、固三相流宏观数值模拟，能够准确地预测夹渣、冷隔、浇不足、气孔等铸造缺陷，可考虑采用多数学方法耦合的思路处理。SPH的公式构造并不受粒子分布的随意性的影响，可以自然地处理一些具有极大变形的问题。通过图形处理器技术(GPU)能够大幅提高SPH的计算效率。将人工智能机器学习技术和确定性物理建模相耦合，有助于优化传统的数值求解算法，提高精度，使模拟结果更接近于实际生产。     

数值模拟在缸盖铸造充型过程研究中的应用

应用数值模拟的方法研究了发动机缸盖铸造的三维充型过程。使用有限单元法求解不可压缩牛顿体流动控制方程,用体积函数法跟踪金属液自由表面的移动。数值模拟预测了金属液充型过程的流动速度场和温度场,并对充型过程进行了评价。模拟结果为发动机缸盖铸造工艺参数提供有益的参考。     

铸件充型过程流场和温度场数值模拟

本文采用ＳＩＭＰＬＥ算法，研究开发了铸件充型过程三维流动和传热数值模拟软件，计算结果表明，在该软件能准确地模拟浇注充型过程中液态金属的流动状态。自由液面的波动，以及温度场分布。     

基于Flow-3D的卧式离心铸造管数值模拟

以Navier-stokes方程和连续方程为基础,建立了卧式离心铸造管充型过程中的数学模型。运用模拟软件Flow-3D建立了金属液传热和流动的三维模型,并模拟了卧式离心铸造管的温度场与流动场。基于模拟结果分析了转速与浇注量对卧式离心铸造管质量的影响。     

γ-TiAl基合金汽车排气阀吸铸充型过程水模拟

熔模吸铸是一种经济的γ-TiAl基合金汽车排气阀成型方法,但早期的吸铸气阀存在严重的气孔缺陷,这种缺陷的产生与吸铸充型过程的合金液流动密切相关.为了直接观察和测量γTiAl基合金汽车排气阀吸铸充型过程中合金液的形态和卷气现象,采用水模拟实验模拟了3种充型压力控制方式,两种壳型组合形式下气阀吸铸充型过程.模拟结果表明,利用壳型顶部通气孔粗略控制充型压力的普通吸铸过程存在严重的卷气现象;精确控制充型压力的下进气法和上排气法,充型流动平稳,充气流量<1.7 m~3/h或排气流量<1.5 m~3/h时,充型流动无卷气现象.进行了γ-TiAl基合金汽车排气阀吸铸实验,实验结果与水模拟结果吻合.应用吸铸充型运动学原理对上述现象进行了讨论.     

新型混输泵球阀内气液两相流动的数值模拟

为了研究新型混输泵球阀内气液两相流动规律,建立了球阀内流场的三维模型,利用CFD软件,对阀内气液两相流动进行了数值模拟。在球阀开启高度为0.005 m时,对含气率分别为20%、40%、60%、80%4种工况的模拟结果进行了分析,得到了不同含气率下的速度场、压力场及气液两相相态分布,探讨了含气率对球阀内气液两相流动的影响规律。结果表明:阀隙处流速较大,压力梯度大,阀座倒角下端易气蚀;含气率对阀内流速大小影响较小,但对流态有影响。气体主要分布在阀球壁附近,远离球壁气体介质减少;当含气量逐渐增大时,气液两相的相界面处波动较大。研究结果揭示了阀内气液两相流动的规律,为内压缩混输泵气液单向阀相界面演化及失稳机制的研究提供参考。     

Fe-Bi-Mn三元合金多相相变-扩散体系中易切削相析出规律的数值研究

以扩散支配相变动力学方法为基础,建立了多相三维流动凝固模型.模型考虑了固、液、气三相扩散相变对Fe-BiMn三元合金凝固的影响,模拟研究了合金体系中Bi和Mn S易切削相的析出过程,并分析了易切削相的多相相变过程和多相扩散路径.结果表明:易切削相的析出过程受多相相变-扩散作用影响,Mls,Mn S(Mn S的固-液质量相变速率)较大,Mn S的分配系数大而扩散系数小,当c*s,Mn S(Mn S的固相界面浓度)大于cl,Mn S(Mn S的液相浓度)时,液相Mn S在固-液界面处浓度降低,最终被固相完全"捕获",导致Mn S不再富集;Mls,Bi(Bi的固-液质量相变速率)较小且Mgl,Bi(Bi的液-气质量相变速率)为负值,Bi的分配系数小而扩散系数大,凝固过程中存在气相Bi且cl,Bi(Bi的液相浓度)始终大于c*s,Bi(Bi的固相界面浓度),故Bi持续流动富集于Mn S周围,直至凝固结束.研究工作将模拟结果与实验结果进行了对比,两者吻合较好.