金屬型鑄造凝固過程鑄件-鑄型界面換熱系數(shù)的研究.pdf

1、在鑄造傳熱過程中，鑄件冷卻凝固體積縮小，而鑄型受熱體積膨脹，這樣在鑄件/鑄型接觸面之間產(chǎn)生空隙，使得熱傳遞不能達到理想的狀態(tài)，造成鑄件/鑄型界面兩側(cè)的溫度間斷，產(chǎn)生熱阻。熱阻的倒數(shù)定義為界面換熱系數(shù)(又稱界面?zhèn)鳠嵯禂?shù))。在有限元數(shù)值模擬中，通常用界面換熱系數(shù)表示熱阻對界面熱傳遞的影響。在金屬型鑄造中，鑄件/鑄型界面形成間隙，往往成為凝固傳熱的控制因素。因此，界面換熱系數(shù)在計算機凝固模擬時既是重要的物性參數(shù)，也是必備的邊界條件，它對模擬精

2、度產(chǎn)生重要影響。
　　 本文自行設(shè)計了金屬型鑄造的試驗方案并進行了測溫試驗，以測得的鑄件/鑄型界面溫度為基礎(chǔ)，采用有限元分析軟件ANSYS對金屬型鑄造凝固過程的溫度場進行了數(shù)值模擬分析，基于非線性估算法對金屬型鑄造凝固過程的界面換熱系數(shù)進行了求解。主要研究工作如下：
　　 1、設(shè)計并實施了金屬型鑄造測溫試驗，得到了鑄件/鑄型界面不同位置的溫度值，采取了一系列措施保證了試驗數(shù)據(jù)的精度，提高了反問題解的抗不適定性；
　

3、　 2、針對熱阻對模擬精度的影響，以測得的溫度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用ANSYS軟件，分別對同一鑄造凝固過程的不同鑄型厚度的溫度場進行模擬分析，進而判定接觸熱阻的存在對溫度場分布的影響；在考慮界面熱阻情況下，采用不同界面換熱系數(shù)對鑄造凝固過程的溫度場進行計算，對比分析了模擬結(jié)果與試驗結(jié)果，表明界面換熱系數(shù)不能視為常數(shù)且取值大小直接影響溫度場的模擬精度；
　　 3、由于鑄型厚度會影響表面散熱狀況，探索出了鑄型厚度對界面換熱系數(shù)影響規(guī)律；

4、同時研究了鑄件/鑄型接觸的空間位置對傳熱的影響，分別模擬計算了空間接觸位置不同的溫度場分布規(guī)律并進行了對比分析；
　　 4、在反問題數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，利用“非線性估算法”求解了界面換熱系數(shù)，結(jié)合ANSYS軟件、非線性估算法和最小二乘法得出界面換熱系數(shù)隨時間變化的規(guī)律；建立了鑄型厚度、空間接觸位置等界面換熱系數(shù)有關(guān)時間的數(shù)學(xué)模型，并用于溫度場的計算，最后將模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進行了對比分析，發(fā)現(xiàn)了它們之間的內(nèi)在規(guī)律，得到了較高的模擬