基于稳态法的铝合金金属铸型界面换热特性实验研究-材料加工工程专业论文.docxVIP

重庆大学硕士学位论文中文摘要 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 I I 摘 要 在对铸造过程的计算机数值模拟中，温度场数值模拟的精度是其它各场量进 行精确模拟的前提，而温度场数值模拟所必须具备的条件很难由实验获取，这些 参数包括材料的热物性参数、初始条件和边界条件等，尤其是作为边界条件之一 的铸件和铸型之间的界面换热系数。它的产生是由于在凝固过程中在铸件与铸型 交界面之间产生间隙，阻碍了热量的传输，其结果必然导致铸件-铸型界面两侧的 温度骤降，产生热阻，铸件-铸型界面热阻的倒数定义为铸件-铸型界面换热系数， 它是众多影响因素的综合反映。由于铸件-铸型的界面传热机制比较复杂，所以很 多学者在研究界面换热时一直没有获得一个令铸造界满意的解决方案。特别是对 存在这种微小间隙的热量传输机理认识仍然很欠缺，众说纷纭。 正是基于上述情况，本文采用传热学中的稳态研究方法，选择以存在小间隙 界面传热问题作为实验研究切入点，专门设计一种简捷有效的实验装置来研究在 小尺寸间隙中的换热，以此深入探讨工程中常用铸造合金 ZL101 与模具钢 H13 的 界面传热的主要影响因素及其传热机理。本课题的主要工作集中体现在以下几个 方面： ① 系统综述了国内外铸造过程中界面换热系数的研究状况，总结归纳了在铸 造传热领域的一些基本观点以及研究方法，为后续研究工作打下良好的理论基础。 ② 研究了铸件处于完全凝固状态下与铸型界面间存在间隙时的换热情况。 ③ 自行设计了一套在单边加热状态下测量不同界面间隙时换热系数的实验 装置，重点考察了稳态加热功率、铸件温度、界面间隙、铸件-铸型相对位置等因 素对界面换热系数的影响。 ④ 根据单边加热实验中铸件和铸型温度不可控制的问题，为了提高铸件和铸 型温度的可控性，对单边加热实验装置作了进一步完善后得到双边加热实验装置。 它同样研究了界面两侧的温度、界面间隙、铸件和铸型相对位置等对界面换热的 影响。 ⑤ 在双边加热状态下，研究了小间隙空间中的传热机理。 根据对本课题的研究，得到如下研究结论： ① 在单边加热状态下：界面换热系数都随着稳态加热功率和铸件温度的增加 而升高。铸件和铸型的相对位置对界面换热也有影响。其中，铸件在下-铸型在上 时的换热系数最大，而铸件在上-铸型在下和铸件在左-铸型在右时的换热系数相比 差别较小。随着界面间隙尺寸的增加，界面换热系数明显降低。 ② 在双边加热状态下：不论铸件与铸型处于何种相对位置，在界面间隙一定 II II 的条件下，界面换热系数都随着铸件温度的升高而增加；在铸件温度、铸型温度 以及界面间隙一定的条件下，铸件与铸型的相对位置也会对界面换热产生一定影 响。其中，铸件在下-铸型在上时的换热系数最大，铸件在上-铸型在下时的换热系 数最小，铸件在左-铸型在右换热系数居中；在其它条件都相同的情况下，界面换 热系数会随着界面间隙尺寸的增加而减小，其中当铸件与铸型完全接触时的换热 系数最大。这些结论与单边加热实验结论基本保持一致。 ③ 在双边加热状态下，当仅仅改变界面间隙时，对流换热与热传导对界面换 热影响比较明显，而当仅仅改变铸件与铸型的相对位置时，对流换热会对界面换 热影响比较大。进而认为需要考虑小尺寸间隙中的对流换热。 关键词：稳态法，铸件-铸型，界面换热系数，界面间隙 重庆大学硕士学位论文英文摘要 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 PAGE PAGE IV ABSTRACT In the computer numerical simulation of casting process, the accuracy of the temperature field numerical simulations is premise in which other fields carries on the accurate simulation. The accurate material properties, initial and boundary conditions are essential to the simulation, It’s difficult to acquire the accurate parameters only by experiments. Especially, one of the boundary conditions that be called interfacial heat transfer coefficient. Its mainly occurs in the solidification process of heat transfer because the metal shrinks during solidification whil