基于ANSYS的快速铸轧过程温度场数值模拟

建立了快速铸轧过程这类具有质量输运现象的金属凝固传热有限元数学模型,考虑了影响辊套与带坯传热的界面接触热导问题,采用大型通用有限元分析软件ANSYS对快速铸轧过程中的辊套与铸坯耦合温度场进行了仿真分析,并就不同工艺参数(铸轧区长度、接触界面换热系数、浇注温度、铸坏厚度以及铸轧速度等)对铸坯温度分布及其相变区间的影响进行了系列研究,为连续铸轧特别是快速铸轧工业实验参数设计提供了依据.     

辊套外冷界面传热系数的试验研究

外冷技术是实现铝材超薄快速铸轧的关键技术之一，即通过在铸轧过程中对辊套外表面进行强制冷却来提高系统的冷却能力。因此，采用各种外冷条件所能得到的界面换热能力是外冷技术研究的关键内容，从台架试验出发，研究各种外冷条件对辊套温度的影响规律，并通过对辊套非稳定温度场的仿真分析，确定各种外冷条件下的界面传热数，为外冷技术的进一步发展提供了基础；对于解决工程热处理过程的界面问题，提供了一种新的思维方法。     

铝薄带铸轧流热耦合的数值模拟

采用有限元法，用ANSYS软件计算并描述了水平式双辊铸轧铝薄带熔池内液态金属流动与传热的N-S动量方程、能量方程及κ-ε湍流双方程等。分析了不同入口温度对凝固终点位置的影响，以及根据计算出的热流密度推出了铸辊与熔池间的传热规律。此模拟结果可以为控制铸轧过程的稳定提供有效的数据。     

基于熔池边界层温度的双辊铸轧界面换热数学模型

熔池与结晶辊接触界面的换热边界条件是制定双辊薄带铸轧工艺的重要参数。针对现有的换热数学模型不能合理描述铸轧开浇和稳定阶段接触界面的热交换问题,基于熔池边界层温度和凝固组织枝晶间距建立了接触界面的换热数学模型。以1Cr18Ni9Ti不锈钢为例,对铸轧稳定阶段的数学模型进行了计算,模型计算结果与试验结果相吻合,验证了本文所建立换热数学模型的准确性。研究结果表明,钢液与结晶辊初始接触时界面热流密度为26.06 MW·m-2,随着接触界面熔池边界层温度降低,凝固坯壳收缩,热流密度显著下降,在接近Kiss点区域时趋于稳定值。     

双辊铸轧过程铝带坯／辊套温度场数值模拟

利用铝双辊铸轧过程传热数学模型,对铝带坯／辊套温度场进行数值模拟,分析了辊套材料、浇注温度等工艺因素对双辊铸轧过程铝带坯／辊套温度场的影响。     

双辊铸轧过程铝带坯/辊套温度场数值模拟

利用铝双辊铸轧过程传热数学模型,对铝带坯/辊套温度场进行数值模拟,分析了辊套材料、浇注温度等工艺因素对双辊铸轧过程铝带坯/辊套温度场的影响.     

周期性热冲击条件下铸轧辊辊套温度场仿真

根据连续铸轧过程中铸轧辊辊套的实际工况,对铸轧辊辊套在受到铸坯周期性热冲击情况下温度分布规律进行了仿真分析,得到了在考虑铸轧辊辊套与铸坯接触界面热导时,铸轧辊辊套在不同铸轧速度时的稳态温度分布规律。     

基于Kiss点位置的双辊薄带铸轧熔池界面换热模型

针对双辊薄带铸轧工艺熔池界面换热规律问题,基于铸轧浇铸工艺的特点以Kiss点为界将熔池接触区分为软接触区和刚性接触区两部分,建立新的界面换热模型;通过6061铝合金界面换热实验,以及Procast软件的反向求解模块Inverse推导得出铸轧界面换热系数和热流密度随时间的变化规律,并利用铸轧实验验证了模型的精确度。结果表明,熔池区界面换热分布规律与铸轧速度、浇铸温度、Kiss点位置、材料的热物性参数及辊面粗糙度等因素均有关。     

考虑材料非线性双辊铸轧辊套流热固耦合温度场研究

基于Procast连铸模块材料数据库,提取低碳钢物性参数随铸轧温度不断变化的散点数据进行非线性曲线拟合,并在此基础上考虑铸轧辊旋转、冷却系统、浸入式铸嘴、侧封板传热等影响,建立了辊套、熔池与冷却系统整体三维流热固耦合有限元模型并进行瞬态仿真,得出了双辊铸轧辊套整体温度分布情况及内、外表面的温度变化规律。结果表明,根据前处理方式得到的温度场更加贴合双辊铸轧实际生产情况,为辊套的设计和优化铸轧工艺参数具有一定的参考价值。     

考虑接触热导的往复滑动条件下的数值传热分析

目的研究往复滑动条件下具有体积温差的两个粗糙界面间的传热特点。方法基于传热学理论,考虑界面间的接触热导,建立往复滑动粗糙界面间的传热模型。采用ABAQUS有限元软件中的子程序GAPCON,将接触热导定义为滑动速度、接触压强、材料热参数以及表面粗糙度的函数,通过数值仿真研究无量纲振幅S?0、无量纲频率??以及界面接触热导的度量参数?对无量纲平均热流密度的影响。结果当???105.3 9,S?0?8时,随无量纲频率和振幅的增大,无量纲平均热流密度增大;当??71 500时,随无量纲振幅的增大,无量纲平均热流密度呈线性增长趋势。结论增大无量纲频率或者振幅,均可提高界面间的热流密度。随着无量纲参数?和振幅的不断增大,无量纲平均热流密度逐渐趋于稳定值,此时界面接触热导值对传热起主要作用。     

工艺参数对铝合金强风冷过程界面换热效率的影响

通过一系列风冷淬火试验,研究了气体高速冲击金属热表面的换热过程,采用反传热法对界面热流密度 (q) 和界面传热系数 (h)进行了求解,探究了试样的表面粗糙度和淬火初始温度、试样表面的冷却介质流量密度对换热过程的影响。结果表明:试样淬火初始温度对风冷淬火界面换热有显著影响,当其从470 ℃增大到520 ℃时,q 和h的最大值增大约50%,淬火表面温度下降到200 ℃的平均冷却速率增大约43%。随试样表面介质流量密度增大,界面热交换呈现出先增大后减小的趋势,即存在一个与最高界面换热效率对应的临界试样表面介质流量密度,且喷射角度越接近90°,该临界值越小。随试样表面粗糙度增大,界面换热不断减小,这可能归因于越粗糙的表面对边界层内流体的钉扎作用越明显,越不利于提高界面换热效率。此外,在250~380 ℃区间,界面换热系数随表面温度变化曲线普遍存在一个凹陷区域,这可能与铝合金淬火冷却过程中二次相的析出有关。     

铝合金挤压铸造过程微观孔洞形成的建模与仿真

基于挤压铸造过程微观孔洞的形成机理,建立了模拟铝合金挤压铸造过程微观孔洞的数学模型.该模型考虑了传热、凝固收缩、补缩流动、压力传递、氢(H)的再分配等因素,通过计算凝固收缩导致的补缩流动与压力降低,以及挤压过程的压力传递,获得挤压铸造过程糊状区的压力分布,结合微观孔洞形成条件及H的守恒方程,计算微观孔洞的体积分数.对不...     

Development and application of coupling model of aluminum thin-gauge high-speed casting

Based on the analyses of aluminum melt flow, solidification, heat transfer during the process of twin-roll casting, a coupling mathematical model of aluminum thin-gauge high-speed casting was developed, which included the casting roller shell. At the same time, Galerkin method was adopted to solve the coupling model. The fluid field and temperature field of aluminum melt in casting zone, the temperature field and thermal stress field of roller shells were simulated by the coupling model. When the casting velocity is 7 m/min, and the thickness of strip is 2 mm, the circumfluent area comes into being in the casting zone, and the mushy zone dominates the casting zone, while the temperature of melt decreases rapidly as it approaches the rollers. The temperature of the roller shell varies periodically with the rotation of roller, and reaches the highest temperature in the casting zone, while the temperature of roller shell decreases gradually as it leaves the casting zone. The difference of thermal stress between the inner surface and outer surface of the roller shell is very large, and the outer surface suffers tensile-compressive stress.     

金属快速凝固的非平衡超急速传热模型

运用非Fourier传热理论建立了金属快速凝固过程中的非平衡传热理论模型，包括非Fourier方程的建立、传热与相变模拟，模拟计算表明：（1）在溅射激冷条件下，界面换热系数越大，界面冷却速度和移动速度也越高。在界面换热系数相同时，计算得到的界面冷却速度随着固－液界面高度的提高呈现先上升而后下降的变化趋势；计算得到的冷却速度值明显小于Fourier定律的计算值。（2）在激光加热条件下，计算的界面移动速度在凝固开始时先急剧增加，然后渐趋平稳，计算还表明，金属的过热及过冷度与其热物性相关。     

TA15钛合金焊接热影响区组织演变的数值模拟

基于相变热力学和动力学经典理论,构建了TA15焊接热影响区β-α相变组织演变元胞自动机模型,并将其应用于不同焊接热影响区位置不同冷却速度的TA15组织演变模拟.该模型考虑了冷却速度对相变过冷度和固溶体溶解度、相变形核率以及相界面迁移率的影响,充分体现了焊接快速冷却过程的相变组织演变规律,计算结果表明,在临界冷却速度范围内,冷却速度越快,扩散型相变组织产物越细小,新相长大速度越快,但最终相变分数降低.综合考虑工艺、组织与力学性能的关系,通过模拟获得最佳焊接工艺应为中等热输入.     

降温提速提高铸轧带材质量的工艺研究

在优化铸轧嘴腔结构,增加铸轧嘴辊间隙的基础上,调整铸轧工艺参数,使铸轧前箱铝液温度降低、铸轧速度提高了200 mm/min～300 mm/min,同时使铸轧坯料的内部质量及表面质量大幅提高,并提高了铸轧坯料的生产效率.为生产双零铝箔提供了高档优质的坯料.     

铝合金厚板淬火表面换热系数的离散解析求法

为了快速准确求取铝合金厚板淬火过程的换热系数,对淬火热传导过程进行分析。首先,将换热系数解析过程假设为淬火温度离散化的,并且是相邻离散点可进行迭代优化的计算过程。然后,分步解析求解了各离散温度区间的换热系数,最后完成了数据修正和仿真计算还原。结果表明,该方法获得的换热系数,可以使实验冷却曲线与计算冷却曲线较好的吻合,从而证明这种计算方法的可行性,并在文末对该方法的误差来源和特点进行了分析。     

高温钢板连续喷水冷却换热系数的研究

采用有限差分法建立了高温钢板连续喷水冷却过程中一维非稳态传热条件下冷却水换热系数的计算模型,将试验测量到的数据应用该模型计算出了试验过程中冷却水与高温钢板间的换热系数[h。]分析结果表明：在流量一定的情况下,压力对换热系数的影响较明显,而在压力一定的情况下,流量对换热系数的影响较小,冷却水的换热系数随喷水密度的增加而增大,随钢板表面的温降呈先增加后减小的趋势。总结出了钢板表面温度为400～1 000 ℃,喷水密度为90～180 L/(m2·min)的条件下,喷水冷却换热系数[h]的经验计算公式。     

基于Matlab的板坯连铸凝固传热过程及热损失研究

基于Matlab数值计算,对板坯连铸凝固传热问题进行研究,得到随板坯厚度及其与结晶器弯月面距离变化的板坯温度场分布,通过拟合得到板坯凝固点末端位置与二冷总供水流量、过热温度和拉坯速度的关系式,分析二冷区水量分配比对结晶器和二冷区内单位长度板坯热损失率和板坯表面温度梯度的影响。结果表明：板坯温度随冷却阶段的不同其温度变化趋势显著不同;随着过热温度和拉坯速度的增大、二冷总供水流量的减小,板坯凝固点末端位置增大;拉坯速度对板坯凝固点末端位置的影响最为显著,其次是二冷总供水流量,过热温度对其影响较小。通过适当调整二冷区内水量分配比可实现降低板坯表面温度梯度和较少热损失率的折衷,从而在提高板坯质量的同时也提高其蓄能,以实现板坯连铸过程的节能。所得结果能对板坯连铸凝固过程的参数设计和动态运行提供依据和理论指导。