超音速电弧喷射雾化银合金熔滴的传热与冷却

对超音速电弧喷射雾化Ag-Cu共晶型和Ag-Ni、Ag-Fe偏晶型合金雾化熔滴的传热与冷却进行了分析.考虑到熔滴冷却过程中, 表面热传导存在上限, 内部存在一定热阻, 熔滴冷却应为近似牛顿冷却方式, 在前人工作基础上, 对牛顿冷却方式的换热系数和冷却速率的表达公式进行了经验修正, 并用其它冷却速率测量方法进行了验证;计算了Ag合金雾化熔滴的换热系数和冷却速率, 结果显示, 超音速电弧喷射雾化快速凝固Ag合金粉末的冷却速率达到105～7K/s, 表明超音速电弧喷射雾化工艺的冷却速率比常规气雾化法高得多, 是制备高性能快速凝固合金粉末的新方法.     

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析Ⅱ.工艺参数对熔滴传热过程的影响

在高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数学模型的基础上，用Fe-Al合金进行了数值计算，分析了工艺参数对熔滴传热过程的影响。结果表明，熔滴尺寸越小，在一定喷涂距离上的对流换热系数则越大、熔滴温度越高、固相分数越小、冷却速度越大；雾化气流压力和喷涂电流越大，在一定的喷涂距离上熔滴温度也就越高，熔滴中的固相分数越低，且其凝固过程也越长；熔滴的冷却速度对熔滴尺寸和喷涂距离的变化十分敏感，而对雾化气流压力和喷涂电流的变化不太敏感；Fe-Al合金熔滴的液态冷却速度达10^5～10^7K／s数量级，预示涂层将具有快速凝固组织特征。     

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析Ⅰ.数学模型及传热参数变化规律

采用流体力学理论、凝固理论和牛顿冷却模式,提出了高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程的数学模型,并用一种Fe-Al合金进行数值计算,用Spray watch-2i热喷涂监控系统测试不同喷涂距离处熔滴平均温度的变化,以验证数学模型的正确性,并分析了雾化熔滴传热参数的变化规律.结果表明,计算结果与实测数据基本吻合.雾化过程中熔滴的对流换热系数、温度、固相分数及冷却速度等传热参数呈规律性变化.直径为34 μm的Fe-Al合金雾化熔滴的初始液态冷却速度达2.5×106K/s,预示涂层将具有快速凝固组织特征.     

气淬过程中换热系数的数值模拟

为了研究淬火时流体与工件的对流换热,用计算流体的数值方法(CFD)对空气喷射平板探头的淬火传热过程做了模拟计算,得到了流体与平板探头之间的随平板温度和平板表面位置变化的换热系数,与试验结果比较吻合,应用模拟计算可简单准确地了解气体淬火传热过程,为制定气淬工艺提供参考依据,应该成为气淬过程重要的研究手段。     

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析Ⅰ.数学模型及传热参数变化规律

采用流体力学理论、凝固理论和牛顿冷却模式,提出了高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程的数学模型,并用一种Fe-Al合金进行数值计算,用Spraywatch-2i热喷涂监控系统测试不同喷涂距离处熔滴平均温度的变化,以验证数学模型的正确性,并分析了雾化熔滴传热参数的变化规律。结果表明,计算结果与实测数据基本吻合。雾化过程中熔滴的对流换热系数、温度、固相分数及冷却速度等传热参数呈规律性变化。直径为34μm的Fe-Al合金雾化熔滴的初始液态冷却速度达2.5×10⁶ K/s,预示涂层将具有快速凝固组织特征。     

喷射沉积过程中半固态流变组织演变

分析了喷射沉积过程中半固态流变组织演变过程,提出喷射沉积合金细小的等轴晶的凝固组织是飞行阶段快速冷却和沉积阶段沉积体表面糊状凝固层中半固态流变组织演变的结果,沉积体凝固过程是一种微米级流变铸造过程:不同大小、不同状态、不同温度、不同的运动速度的雾滴以高速高频的雾滴撞击沉积体表面,产生足够的剪切应力和剪切速率,使沉积体半固态糊状凝固层具有流变特性,飞行阶段形成快速凝固组织在沉积阶段沉积体表面糊状凝固层中发生变温粗化,最终形成细小的等轴晶。     

喷射沉积制备7055合金冷却过程对第二相析出的影响

通过分级保温工艺,对喷射沉积制备7055合金冷却过程进行了研究。采用XRD、SEM、TEM等手段,研究了7055合金中第二相的析出情况。结果表明,经NaOH萃取,发现存在η-MgZn_2、S-Al_2CuMg、T-Al_2Mg_3Zn_3相。7055铝合金经325℃×30min的保温最接近喷射沉积的冷却过程,析出了细小的η-MgZn_2相,细长的S-Al_2CuMg相以及片状T-Al_2Mg_3Zn_3平衡相。通过模拟冷却研究逆推,合金在凝固过程中析出了第二相,这些第二相在冷却过程中长大成为微米级的第二相(η-MgZn_2相),而细小η-MgZn_2相,细长S-Al_2CuMg相,片状T-Al_2Mg_3Zn_3相等纳米级的第二相,主要是在冷却过程中析出。     

PEEK微小齿轮注射成型过程的传热分析

根据对流换热理论,通过修正对流换热系数,建立了微小齿轮注射过程的传热模型,基于熔体流动理论和两相流模型,通过对注射过程模具型腔温度场以及熔体与型腔近壁面传热过程的数值分析,表明微小齿轮注射过程中的型腔近壁面温度下降非常明显。对比各注射工艺参数对型腔近壁面温度的影响,得到影响因素的主次顺序为模具温度、熔体温度、注射速度和注射压力。分析了对流换热修正系数对型腔近壁面温度的影响,通过控制变量试验分析了各工艺参数对微小齿轮齿顶圆直径的影响,确定了聚醚醚酮(PEEK)微小齿轮的最佳注射工艺参数,并验证了模拟结果的正确性。     

平面流铸工艺中冷却辊流场和传热三维稳态模拟

平面流铸法是一种制备非晶和纳米晶薄带的先进技术。这项技术的难点不仅在于快速冷却以抑制薄带的晶化,还在于获得高表面质量的薄带。提出了一种用三维稳态模拟模型预测工业生产中广泛应用的2种单辊冷却结构的流场和传热系数分布的新方法。利用FLUENT软件,结合能量和动量方程,计算了2种结构的流速分布。预测了2种结构的对流换热系数分布。结果表明,水槽结构的速度分布无均匀性,也无周期性;水缝结构的速度分布无均匀性,但具有周期性。2种结构的对流换热系数分布不是中心对称的,水缝结构的冷却特性更为规则。预测了水缝结构的3个对称分布的合适区域,并通过连续生产多次验证。根据热平衡原理,描述了平面流铸法工艺的传热过程。对流换热系数的均匀分布可以作为冷却辊结构设计的依据之一。     

喷雾热分解法制备超细银粉及其形貌控制

采用超声雾化热分解装置,对喷雾热分解法制备超细银粉进行了系统研究。考察了炉子温度、硝酸银水溶液浓度、超声雾化装置功率、硝酸银溶液及载气流量等因素对产物粒子形貌、粒度分布的控制行为。研究结果证实,喷雾热分解制备微米级球形金属银粉技术具有广泛应用前景。     

Derivation and application of time step model in solidification process simulation

The heat transfer during the casting solidification process includes the heat radiation of the high temperature casting and the mold, the heat convection between the casting and the mold, and the heat conduction inside the casting and from the casting to the mold. In this paper, a formula of time step in simulation of solidification is derived, considering the heat radiation, convection and conduction based on the conservation of energy. The different heat transfer conditions between the conventional sand casting and the permanent mold casting are taken into account in this formula. The characteristics of heat transfer in the interior and surface of the casting are also considered. The numerical experiments show that this formula can avoid computational dispersion, and improve the computational efficiency by about 20% in the simulation of solidification process.     

挤压铸造铸件凝固过程热力耦合分析

用热力耦合方法分析了锌铝合金挤压铸造凝固过程中的温度场以及由此产生的应力、应变场.对传热系统模型中的对流、辐射边界条件和凝固潜热进行了处理.建立了热粘弹塑性有限元模型,用有限元软件进行数值计算分析,并给出了计算结果.     

双辊快速凝固过程的计算机仿真

分析了双辊快速凝固的热传输特点，着重讨论了薄带凝固壳层的形成情况。本文利用仿真程序分析了双辊快速凝固过程的一些主要工艺参数与凝固壳层的关系，以及金属薄带的形成与热量传输和动量传输的关系。     

电磁离心凝固过程熔体流动和传热的有限元数值模拟

利用电磁流体动力学有关理论,建立了电磁离心凝固过程熔体流动与热量传输的耦合分析模型,采用有限元法对电磁离心凝固过程进行了分析,得出了瞬态速度场和温度场。分析结果表明,电磁离心凝固过程中,正是由于电磁力引起的受迫对流运动,对金属熔体起电磁搅拌作用并使晶粒得到细化,从而提高铸件质量。     

铸坯空冷温度场精确模拟

对铸坯试块建立考虑两种温度边界条件,即计算对流传热系数同时输入辐射和对流载荷,以及将对流传热考虑为辐射载荷的比例输入空冷的温度场模型。利用ANSYS有限元软件进行计算,将计算数据与实测数据对比分析,并对模型进行验证校正。计算结果表明,同时考虑辐射和对流的边界模型,其计算值与实测值较吻合,有更高的计算精度。将对流传热以一定比例考虑为辐射换热,在700℃以上的高温区,对计算结果影响不大;而在温度为700℃以下时,则出现较大误差。     

铝合金点焊熔核流场及热场的有限元分析

根据计算流体力学与传热学原理 ,建立了描述铝合金电阻点焊液态熔核流动行为和传热过程的轴对称有限元模型。模型中考虑了移动边界层内部液态金属的对流传热和层外固体导热、材料热物理性能参数和接触电阻随温度的变化、焊件表面通过对流和辐射向周围环境的散热、球面电极传热以及熔化 /凝固相变潜热对熔核形成热过程的影响 ,并采用有限元法对铝合金点焊熔核形成过程温度场和流场分布进行了数值计算。计算结果表明 ,强烈的对流位于熔核中心沿轴线附近区域 ,其流速最大值数量级为1× 10 -1mm/s;在直流焊接条件下 ,5ms时间内开始形成液态熔核 ,并迅速沿轴向和径向扩展 ;回流环速度矢量将能量从熔核中心通过对流传热方式传递到熔核边缘 ,降低熔核内部温度梯度 ,促进熔核生长。试验表明 ,计算结果与实测值吻合良好     

Modelling Permanent-mould Casting Processes

Abstract

Numerical and experimental work is carried out to investigate liquid metal flow and heat transfer during the permanent moulding of cast iron. Heat conduction during the pouring and solidification of cast-iron plates, and liquid metal flow and heat transfer during the pouring and solidification of cylindrical cast-iron ingots is numerically and experimentally investigated. The castings are poured in permanent moulds, and temperature distributions in the castings and the moulds are recorded. The mathematical modelling indicates the significance of finite pouring time and liquid metal convection on the temperature distribution. Good agreement is obtained between the experimental data and the predictions of the heat and mass transfer computations. Temperature fields, solidus front shapes and velocity fields during pouring and solidification are simulated for both top and bottom gated cases.     

45钢表面激光重熔温度场数值模拟

根据传热学理论和数值模拟方法研究温度场的分布规律,在考虑了热物性参数、换热系数、相变潜热随温度变化的因素,应用ANSYS有限元软件的参数化设计语言建立了45钢表面激光重熔连续移动三维瞬态温度场有限元模型。结果表明:提高激光功率对增大相变硬化区效果不大,反而形成较大的熔池而使重熔表面粗糙。与激光功率相比,激光扫描速度对试样温度场的影响较小。经过激光重熔后,形成重熔区、相变硬化区和基体三个区域。实验结果较好地验证了模拟结果,表明所建立的温度场计算模型是正确和可靠的。通过该计算模型,可以掌握金属表面激光重熔过程加热和冷却规律,为制备高性能表面改性层选择合适的工艺参数提供依据。     

Study on interfacial heat transfer coefficient at metal/die interface during high pressure die casting process of AZ91D alloy

The high pressure die casting (HPDC) process is one of the fastest growing and most efficient methods for the production of complex shape castings of magnesium and aluminum alloys in today's manufacturing industry. In this study, a high pressure die casting experiment using AZ91D magnesium alloy was conducted, and the temperature profiles inside the die were measured. By using a computer program based on solving the inverse heat problem, the metal/die interfacial heat transfer coefficient (IHTC) was calculated and studied. The results show that the IHTC between the metal and die increases right after the liquid metal is brought into the cavity by the plunger, and decreases as the solidification process of the liquid metal proceeds until the liquid metal is completely solidified, when the IHTC tends to be stable. The interfacial heat transfer coefficient shows different characteristics under different casting wall thicknesses and varies with the change of solidification behavior.