基于穩(wěn)態(tài)法的鋁合金-金屬鑄型界面換熱特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在對鑄造過程的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬中，溫度場數(shù)值模擬的精度是其它各場量進(jìn)行精確模擬的前提，而溫度場數(shù)值模擬所必須具備的條件很難由實(shí)驗(yàn)獲取，這些參數(shù)包括材料的熱物性參數(shù)、初始條件和邊界條件等，尤其是作為邊界條件之一的鑄件和鑄型之間的界面換熱系數(shù)。它的產(chǎn)生是由于在凝固過程中在鑄件與鑄型交界面之間產(chǎn)生間隙，阻礙了熱量的傳輸，其結(jié)果必然導(dǎo)致鑄件-鑄型界面兩側(cè)的溫度驟降，產(chǎn)生熱阻，鑄件-鑄型界面熱阻的倒數(shù)定義為鑄件-鑄型界面換熱系數(shù)，它是眾多影響因素的

2、綜合反映。由于鑄件-鑄型的界面?zhèn)鳠釞C(jī)制比較復(fù)雜，所以很多學(xué)者在研究界面換熱時(shí)一直沒有獲得一個(gè)令鑄造界滿意的解決方案。特別是對存在這種微小間隙的熱量傳輸機(jī)理認(rèn)識(shí)仍然很欠缺，眾說紛紜。
　　正是基于上述情況，本文采用傳熱學(xué)中的穩(wěn)態(tài)研究方法，選擇以存在小間隙界面?zhèn)鳠釂栴}作為實(shí)驗(yàn)研究切入點(diǎn)，專門設(shè)計(jì)一種簡捷有效的實(shí)驗(yàn)裝置來研究在小尺寸間隙中的換熱，以此深入探討工程中常用鑄造合金ZL101與模具鋼H13的界面?zhèn)鳠岬闹饕绊懸蛩丶捌鋫鳠釞C(jī)理。

3、本課題的主要工作集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　①系統(tǒng)綜述了國內(nèi)外鑄造過程中界面換熱系數(shù)的研究狀況，總結(jié)歸納了在鑄造傳熱領(lǐng)域的一些基本觀點(diǎn)以及研究方法，為后續(xù)研究工作打下良好的理論基礎(chǔ)。
　　②研究了鑄件處于完全凝固狀態(tài)下與鑄型界面間存在間隙時(shí)的換熱情況。
　?、圩孕性O(shè)計(jì)了一套在單邊加熱狀態(tài)下測量不同界面間隙時(shí)換熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，重點(diǎn)考察了穩(wěn)態(tài)加熱功率、鑄件溫度、界面間隙、鑄件-鑄型相對位置等因素對界面換熱系數(shù)的影響。<

4、br>　?、芨鶕?jù)單邊加熱實(shí)驗(yàn)中鑄件和鑄型溫度不可控制的問題，為了提高鑄件和鑄型溫度的可控性，對單邊加熱實(shí)驗(yàn)裝置作了進(jìn)一步完善后得到雙邊加熱實(shí)驗(yàn)裝置。它同樣研究了界面兩側(cè)的溫度、界面間隙、鑄件和鑄型相對位置等對界面換熱的影響。
　?、菰陔p邊加熱狀態(tài)下，研究了小間隙空間中的傳熱機(jī)理。
　　根據(jù)對本課題的研究，得到如下研究結(jié)論：
　?、僭趩芜吋訜釥顟B(tài)下：界面換熱系數(shù)都隨著穩(wěn)態(tài)加熱功率和鑄件溫度的增加而升高。鑄件和鑄型的相對位

5、置對界面換熱也有影響。其中，鑄件在下-鑄型在上時(shí)的換熱系數(shù)最大，而鑄件在上-鑄型在下和鑄件在左-鑄型在右時(shí)的換熱系數(shù)相比差別較小。隨著界面間隙尺寸的增加，界面換熱系數(shù)明顯降低。
　?、谠陔p邊加熱狀態(tài)下：不論鑄件與鑄型處于何種相對位置，在界面間隙一定的條件下，界面換熱系數(shù)都隨著鑄件溫度的升高而增加；在鑄件溫度、鑄型溫度以及界面間隙一定的條件下，鑄件與鑄型的相對位置也會(huì)對界面換熱產(chǎn)生一定影響。其中，鑄件在下-鑄型在上時(shí)的換熱系數(shù)最大，