鋁合金超聲凝固溶池流場(chǎng)數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究.pdf

1、在鋁合金的鑄造過程中施加超聲外場(chǎng)技術(shù)是當(dāng)前國(guó)際研究的熱點(diǎn)和未來(lái)鑄造技術(shù)的一個(gè)新的發(fā)展方向，超聲波在金屬熔體中產(chǎn)生的空化和聲流效應(yīng)可以明顯改善成型鑄錠的組織和性能，本文主要以鋁合金超聲鑄造為切入點(diǎn)，研究以下幾方面內(nèi)容： 1、通過測(cè)量超聲工具桿端面在空氣中的位移振幅，應(yīng)用多介質(zhì)聲波傳輸理論對(duì)工具桿在鋁合金熔體中的聲壓分布進(jìn)行計(jì)算，得到了工具桿在鋁合金熔體中產(chǎn)生的聲壓場(chǎng)分布。在對(duì)空化理論以及空化閾值的影響因素進(jìn)行分析后，結(jié)合熔體的聲壓

2、場(chǎng)分布，得出在本試驗(yàn)條件下超聲設(shè)備在鋁合金熔體中所產(chǎn)生的空化場(chǎng)約為工具桿端面下30mm范圍內(nèi)。 2、通過對(duì)熔體中的Eckart聲流現(xiàn)象進(jìn)行理論分析，考慮流體方程各參量的二階項(xiàng)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析和推導(dǎo)，得到了Eckart聲流驅(qū)動(dòng)力的表達(dá)式。應(yīng)用流體仿真軟件Fluent對(duì)置于坩堝中的7050鋁合金熔體超聲處理過程進(jìn)行數(shù)值模擬，通過對(duì)熔體內(nèi)的超聲吸收系數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算后得到試驗(yàn)條件下的聲流驅(qū)動(dòng)力值，隨后通過UDF函數(shù)將其添加到Flue

3、nt的計(jì)算過程中進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬結(jié)果表明：在輸出功率為170W的超聲波的作用下，在坩堝的可流動(dòng)區(qū)域內(nèi)，形成了大規(guī)模的Eckart聲流現(xiàn)象；高速并不是聲流的特點(diǎn)；在液相區(qū)域內(nèi)位于工具桿對(duì)稱軸線上的軸向速度幅值呈先增大后減小的趨勢(shì)；仿真得到的最大軸向速度幅值與Eckart聲流軸向速度經(jīng)典公式計(jì)算值在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，但在出現(xiàn)位置上與其有偏差；聲流驅(qū)動(dòng)力增大時(shí)，最大軸向速度幅值并不隨著線性增大，驅(qū)動(dòng)力的增大影響了溫度場(chǎng)和聲流范圍；隨著容器規(guī)模的