3D NUMERICAL SIMULATION OF FLOW FIELD AND TEMPERATURE FIELD IN A ROUND BILLET CONTINUOUS CASTING MOLD WITH ELECTROMAGNETIC STIRRING

建立了描述圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的三维数学模型. 采用有限元和有限体积结合的方法求解Maxwell方程组和湍流Navier-Stokes方程, 分析了结晶器电磁搅拌过程的磁场、流场、温度场和夹杂物轨迹特征, 并考虑了励磁电磁强度和频率的影响. 研究表明, 磁场模拟结果与现场实测数据一致, 电磁力在圆坯水平截面上呈周向分布. 钢液在结晶器纵截面内形成两对回流区, 且在水平截面内旋转流动; 过热钢液滞留在结晶器上部区域, 铸坯芯部温度迅速降低, 凝固前沿温度梯度提高; 大部分夹杂物积聚到结晶器上部区域旋转运动. 励磁电流强度和频率对结晶器内钢液的流动、温度分布及夹杂物运动均有明显影响.     

圆坯结晶器电磁搅拌过程三维流场与温度场数值模拟

建立了描述圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的三维数学模型．采用有限元和有限体积结合的方法求解Maxwell方程组和湍流Navier—Stokes方程,分析了结晶器电磁搅拌过程的磁场、流场、温度场和夹杂物轨迹特征,并考虑了励磁电磁强度和频率的影响．研究表明,磁场模拟结果与现场实测数据一致,电磁力在圆坯水平截面上呈周向分布．钢液在结晶器纵截面内形成两对回流区,且在水平截面内旋转流动;过热钢液滞留在结晶器上部区域,铸坯芯部温度迅速降低,凝固前沿温度梯度提高;大部分夹杂物积聚到结晶器上部区域旋转运动．励磁电流强度和频率对结晶器内钢液的流动、温度分布及夹杂物运动均有明显影响．     

方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场与流场数值模拟

随着高速连铸技术发展,人们对连铸坯质量的要求越来越高,结晶器电磁搅拌是保证连铸坯质量一个重要的措施.借助有限元分析方法,对小方坯结晶器电磁搅拌过程进行磁场和流场耦合数值分析,得出了不同频率下钢液内部磁感应强度和电磁体积力及搅拌速度的分布规律.模拟结果表明:在结晶器电磁搅拌时,随着频率的增加,钢液内部磁感应强度降低,电磁体积力在钢液内部分布不均匀;在电流频率为3 Hz时,钢液搅拌速度最大.     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

对大方坯连铸结晶器电磁搅拌过程的流场和温度场进行了数值模拟,并讨论了搅拌强度对流场和温度场的影响。结果表明：在结晶器电磁搅拌下,搅拌器区域的钢液变为水平旋转,使从水口向下吐出的钢水与向上回流的钢水流股相冲突,流股侵入深度变浅,从而使轴向温度迅速降低,径向温度升高,提高了热区位置,有利于传热;搅拌强度越大,钢水的二次流现象越明显,热区位置越高。     

板坯结晶器电磁搅拌电磁场与流场的数值模拟

建立了板坯结晶器电磁搅拌过程电磁场与流场计算的三维数学模型,采用SIMPLER方法对2对极和4对极条件下的电磁场与流场进行了数值求解。结果表明:磁感应强度B和电磁力F都呈现出关于结晶器中心对称的规律;结晶器两侧每一对N、S极之间的水平面内,电磁力都呈现圆周状分布的规律;板坯宽面边缘的电磁力较大,而板坯窄面边缘和中心区域的电磁力较小;与4对极相比,2对极产生的磁感应强度和电磁力大,钢液的流速大,搅拌强度大;无结晶器电磁搅拌时,铸坯边缘的纵断面的流场主要分成四个回流区;而有结晶器电磁搅拌时,左侧的两个回流区基本消失,右侧两个回流区减小。     

水口位置对电磁偏心搅拌作用下大圆坯连铸结晶器内流动及传热的影响

为消除电磁偏心搅拌给φ380 mm断面圆坯质量造成的不利影响,采用数值模拟方法研究了水口位置对大圆坯连铸结晶器和足辊区内钢液流动和传热的影响。结果表明:在电磁偏心搅拌作用下,大圆坯外弧侧更大的电磁力使从水口进入结晶器的钢液流向外弧侧,并使外弧侧钢液温度升高。将水口向内弧侧偏移后,水口内钢液流向内弧侧,碰到结晶器壁后形成一个较大的回流区,结晶器上部回流区缩小;钢液温度尤其是弯月面处钢液温度明显降低,同时内、外弧侧钢液温差增大。虽然改变水口位置有利于消散钢液热量,但不利于保护渣熔化且增加内、外弧钢液温差,所以改变水口位置的方法不宜用于消除电磁偏心搅拌的不利影响。     

连铸圆坯电磁搅拌下的流场-温度场数值模拟

以准430 mm的圆坯为实验对象,采用磁场传输方程和k-ε双方程模型对钢液的流场和温度场进行耦合数值模拟。分析在电磁搅拌的情况下,改变其拉速、水口插入深度和浇注温度,结晶器内钢液的流场和温度场分布情况。基于数值模拟结果,选择合适的工艺参数可以提高铸坯的等轴晶数量,改善铸坯的质量。     

大方坯结晶器电磁搅拌磁场流场耦合数值模拟

为了更加清楚的了解大方坯结晶器电磁搅拌过程钢液流动的状况,采用耦合数值模拟的方法,以矢量图和云图的形式直观地研究了结晶器电磁搅拌电流和频率对大方坯流场分布的影响.结果表明,随着电流和频率的增加,速度和湍动能逐渐增大,搅拌器的影响区域也逐渐靠近中心,电磁场的影响区域增大.     

二冷电磁搅拌下板坯连铸机内流动和凝固行为

二冷电磁搅拌(S-EMS)是板坯连铸生产中重要的电磁冶金技术。采用数值模拟方法研究了二冷电磁搅拌对板坯连铸机内钢液流动和凝固的影响。数值结果表明,二冷区电磁辊产生的磁场主要集中在电磁辊附近。二冷电磁搅拌对结晶器钢液的流场影响不明显,对二冷区凝固坯壳的厚度影响也不明显。当上下两对电磁辊的电流方向相反时,二冷区流场呈三环式;当上下两对电磁辊的电流方向相反时,二冷区流场呈双蝶式。     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场与流场的数值模拟

建立了描述大方坯连铸结晶器电磁搅拌过程的电磁场和流场三维数学模型,并分别用有限元、有限体积法进行数值求解,对电磁场计算结果进行了实测检验.结果表明,电磁力在水平面上呈周向分布,铸坯边缘上的切向电磁力在搅拌器中心横截面上最大,在结晶器出口处有一峰值.钢液在横截面内旋转流动,而在纵截面内形成4个旋涡.在铸坯内,从水口向下吐出的钢水与向上回流的钢水流股相冲突,使流股侵入深度变浅,同时使流股向四周发散,从而有利于传热.励磁电流强度与频率对电磁力和流场均有影响.     

磨料射流喷嘴压力场与速度场的研究

为提高磨料射流抛光加工过程中的可靠性和效率,对在磨料射流加工中起到重要作用的喷嘴进行研究具有重要的意义。该文在分析喷嘴射流机理的基础上,针对典型的喷嘴进行仿真研究,得到了喷嘴内部压力场和速度场的分布情况,同时采用有限元对喷嘴结构参数进行数值模拟分析与比较,得出不同结构参数对于流体性能的影响。最后对该仿真方法的可靠性进行了实验验证,并给出了误差率,证明了在该文中所使用的仿真方法具有可靠性,为进一步研究磨料射流喷嘴提供了实用的价值和有效的方法。     

45钢送丝激光熔覆温度场及应力场模拟

针对激光熔覆过程的特点,基于有限元分析软件ANSYS,对45钢送丝激光熔覆过程的温度场和应力场进行三维数值动态模拟.建模时采用实体单元和表面单元相结合的方式,采用参数化设计划分网格,施加热源载荷,设定初始条件和基本边界条件,对流边界条件进行求解.分析了激光熔覆过程中温度场在工件上的分布规律,揭示了整个时间历程上应力强度的变化规律,为提高激光熔覆质量提供了理论依据.     

形状因子对应力场及温度场的影响分析

刀具钝化非对称刃口形状因子是影响温度场与应力场的重要因素之一,而形状因子会改变刃口处的分流点高度、剪切角以及实际切削负前角,在彼此相互作用下使温度场与应力场发生变化。采用三维软件SolidWorks建立不同形状因子的硬质合金刀具模型,通过有限元软件AdvantEdge建立刀具非对称刃口钝化铣削45钢的仿真模型,研究不同形状因子对温度场与应力场的影响规律。结果表明:随着形状因子的增大,最高切削温度增加,而最高应力区域面积呈现先增大后减小的趋势。     

电场频率对45钢交流电场增强粉末法渗硼的影响

在800℃粉末法渗硼过程中对中碳45钢试样和渗剂施加交流电场,研究电场频率对粉末法渗硼的影响规律和作用机制。对渗硼保温过程中试样的温度、渗硼层显微组织、相结构、厚度及显微硬度分布等进行观测分析。结果表明:交流电场使试样温度高于渗硼保温炉温,电场电流恒定时,随频率从20Hz增至400Hz,试样温升先降低后升高,硼化物层及增碳区厚度均先减小后增加;当电场电流为3A时,硼化物层为单相Fe2B;当电场电流≤2A时,随频率增加,硼化物层由FeB+Fe2B双相变为单相Fe2B,渗层表层硬度降低、硬度分布曲线趋于平缓。分析认为,电场频率通过综合影响渗剂反应、活性硼原子及含硼活性基团在试样表面的吸附和试样内原子的扩散来影响渗硼。     

激光熔覆熔池温度场及流场数值模拟研究进展

简述了激光熔覆熔池的受力,包括表面张力、黏性剪力、重力以及保护气压力等,并从组织生长和熔池流淌对熔覆层的形成机理作了简要分析。同时,对激光熔覆仿真模拟中采用的不同热源模型的能量分布规律和方程进行了归纳,包括表面高斯热源、表面环形热源、高斯体热源、椭圆球热源、组合体热源等。在此基础上,分类评述了近年来国内外激光熔覆熔池温度场及流场的数值模拟方面的研究进展,并分析了各种热源模型的优势及不足,总结了不同热源的适用环境及获得的温度场、流场分布规律。此外,对熔池自由液面的研究方法进行了总结,归纳了温度场流场数值模拟模型的验证方法。同时,针对激光熔覆熔池数值模拟研究存在的问题,分别从数值模型、边界条件等方面进行了归纳,最后对其未来的发展方向进行了展望。     

中空环形激光熔覆层温度场与应力场的数值模拟研究

目的研究基于"光束中空、光内送粉"工艺下中空环形激光熔覆层温度场分布规律、应力演化过程及沿熔覆层深度方向上的残余应力分布,为调控或降低光内送粉激光熔覆层残余应力提供参考。方法采用ANSYS软件APDL语言建立单道熔覆层物理模型,利用生死单元法模拟激光加载,从而得到温度场结果,在此基础上进行热力耦合,分析熔覆层内应力演化过程,在熔覆层深度方向上建立路径,得到沿路径方向上的残余应力分布结果,最后进行实验测定。结果当采用中空环形激光束加载时,光斑温度分布呈"马鞍形",熔覆层横切面上温度分布形状呈对称的"W"形,两侧温度高,中间温度低,熔覆层上表面扫描路径上的节点在扫描过程中都会经历两次温度峰值,且第二次温度峰值要高于第一次。热应力随着扫描过程进行而不断变化,由起初产生的熔覆层压应力逐渐转化为拉应力。沿扫描方向上的残余应力值最大,可达到273 MPa。熔覆层深度方向沿扫描方向上的残余应力值在上表面位置有最大值235 MPa,熔覆层与基材接合面处有最小值185MPa。最后结合实验测定,数值计算与实验结果一致。结论中空环形激光光斑"马鞍形"式的能量分布使得熔覆层温度分布更为均匀,可有效降低温度梯度。环形光斑后半环高温区域的重熔作用有利于能量的再分配,有利于减缓应力集中。熔覆层深度方向沿激光扫描方向上的残余应力分布,随着深度的增加而逐渐减小。     

磁场对Cu-Pb-La过偏晶合金液-液分离的作用

本实验在Cu-80%Pb过偏晶合金凝固过程中添加稀土元素La,研究不同冷却速度下稀土元素在过偏晶合金凝固制备中的作用,并研究施加磁场对Cu-Pb过偏晶合金液-液分离区凝固组织的影响,探讨了磁场下第二相的迁移和分布规律,为均质偏晶合金制备技术的改进提供参考。结果表明,添加La元素可显著降低Cu-80%Pb凝固组织中的宏观偏析,促进第二相颗粒的均匀分布和细化。较快的冷却速度下添加La元素的作用更加明显,偏析程度显著降低,在此冷速下进一步施加1 T水平方向磁场,Cu-Pb-La合金凝固过程中宏观偏析得到了抑制,富Cu相颗粒弥散,组织分布均匀。     

曲面基底工件激光熔覆温度场与应力场数值模拟

目的 研究曲面基底工件激光熔覆的温度场和应力场分布情况。方法 采用数值模拟的方法模拟激光熔覆及冷却过程中的温度场和应力场。通过Ansys软件,采用高斯热源模型模拟圆环柱曲面基底外表面上的激光熔覆过程。在加工过程中,激光头与基底的相对运动为螺旋运动。分析不同功率和扫描速度对温度场和残余应力的影响,以及应力场随时间的变化和残余应力的分布情况。结果 扫描速度对温度场的影响较大,功率和扫描速度对残余应力无明显直接影响,不同功率和扫描速度的残余应力最大值都出现工件外壁中部。在XZ轴面上的径向应力呈现出漏斗形,四周高,中间低,大部分都在–20～20 MPa,起伏较小;周向应力在XZ轴面对角线方向上呈近似抛物线,两端高,中间低,最高值为100 MPa,最低值为–50 MPa,起伏较大;厚度方向的应力分布呈近似半圆锥三维形状,在Z轴方向上为近似直线,在X轴方向上为近似半抛物线,呈现出一端高、一端低、中间部分逐渐下降的趋势,最高值为110 MPa,最低值为–30 MPa,起伏较大。结论 成功研究了曲面基底工件激光熔覆的温度场和应力场分布情况,对曲面基底激光熔覆的工艺参数优化和提高产品质量有一定指导作用。     

大庆油田场站项目实施工厂化预制的技术探讨

随着集团公司“五化”施工技术建设开展,国内石油建设企业在油气田地面工程的建设技术水平不断提高,节奏不断加快。本文在设计文件开源支持、工厂化预制软件系统、工厂化预制设备等方面进行分析和论述,提出油田施工单位在“五化”施工技术上的参考性意见。     

液态模锻铝合金轮毂温度场与应力场数值模拟

以2A50铝合金坦克负重轮为研究对象,使用Pro-CAST模拟仿真软件对该制件的液态模锻成形过程的温度场和应力进行了数值模拟.模拟结果显示,轮毂的总体凝固趋势是由上到下,由表及里,最后凝固区域为轮毂拐角及底部中心处;应力主要集中在轮毂的厚大拐角区域,且轮毂表面受压应力,拐角及底部中心区域由于凝固收缩受到先凝固部分的阻碍而受拉应力;制件在最后凝固的拐角处产生了缩松及微裂纹.模拟结果与试制轮毂裂纹产生位置相吻合.