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

1、在對鑄造過程的計算機數(shù)值模擬中，溫度場數(shù)值模擬的精度是其它各場量進行精確模擬的前提，而溫度場數(shù)值模擬所必須具備的條件很難由實驗獲取，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)。它的產生是由于在凝固過程中在鑄件與鑄型交界面之間產生間隙，阻礙了熱量的傳輸，其結果必然導致鑄件-鑄型界面兩側的溫度驟降，產生熱阻，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制比較復雜，所以很多學者在研究界面換熱時一直沒有獲得一個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理認識仍然很欠缺，眾說紛紜。
　　正是基于上述情況，本文采用傳熱學中的穩(wěn)態(tài)研究方法，選擇以存在小間隙界面?zhèn)鳠釂栴}作為實驗研究切入點，專門設計一種簡捷有效的實驗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理。

3、本課題的主要工作集中體現(xiàn)在以下幾個方面：
　?、傧到y(tǒng)綜述了國內外鑄造過程中界面換熱系數(shù)的研究狀況，總結歸納了在鑄造傳熱領域的一些基本觀點以及研究方法，為后續(xù)研究工作打下良好的理論基礎。
　?、谘芯苛髓T件處于完全凝固狀態(tài)下與鑄型界面間存在間隙時的換熱情況。
　　③自行設計了一套在單邊加熱狀態(tài)下測量不同界面間隙時換熱系數(shù)的實驗裝置，重點考察了穩(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)單邊加熱實驗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，對單邊加熱實驗裝置作了進一步完善后得到雙邊加熱實驗裝置。它同樣研究了界面兩側的溫度、界面間隙、鑄件和鑄型相對位置等對界面換熱的影響。
　　⑤在雙邊加熱狀態(tài)下，研究了小間隙空間中的傳熱機理。
　　根據(jù)對本課題的研究，得到如下研究結論：
　?、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。
　　②在雙邊加熱狀態(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對界面換熱產生一定影響。其中，鑄件在下-鑄型在上時的換熱系數(shù)最大，