大型铸件凝固进程的数字模拟

本文介绍用有限差分法数字模拟大型铸件凝固进程的方法和编制通用源程序的特点。提出了计算铸件同铸型、铸型同外界的热交换和共晶合金及具有凝固温度范围的合金计算凝固率的数学模型。凝固潜热依照随时间变化的凝固率计算．型料的热性能处理为温度的函数。编制的源程序可以模拟计算可化为二维问题的各种形状的铸件及各部位同时存在不同型料的铸型．文中还对两种大型螺旋桨的模型（普通冒口和保温冒口）做模拟计算，并与实测结果进行了比较．     

方坯连铸机结晶器凝固传热的数学模型

研究和开发了方坯连铸机结晶器非稳态凝固传热的数学模型,预测铸坯温度分布和凝固状态,模型考虑了凝固时结晶器气隙的存在,使得传热不均匀,同时,采用等效比热法处理了凝固前沿产生的结晶潜热·以生产厂方坯为研究对象,得出了温度分布规律、凝固坯壳生成规律,分析了拉速对铸坯温度和坯壳厚度的影响·结果表明,经模型计算得出的温度、坯壳厚度值与现场测定的温度、拉漏数据基本相符·     

湿型铸件凝固进程数值模拟

建立了湿型铸件凝固进程数学模型，提出了模拟湿型中水分汽化热吸收 的等效温度法。对湿态粘土砂型中纯铝铸件凝固进程进行了数值模拟和实测研究。结果表明，湿型中水分含量对铸件凝固进程有明显影响，铸件凝固时间 随湿型水分含量的增加而减少，壁厚为４ｃｍ的纯铝铸件在水分含量１６％的 湿型中的凝固时间仅为在２％水分含量的湿型中的一半。     

大型船用螺旋桨的凝固控制

在大量测温及对螺旋桨铸件本体解剖的基础上，发现黄铜大型螺旋桨铸件的内 部，常有铁元素偏析、桨叶晶粒组织不良以及缩松等缺陷。为了提高大桨铸造质量， 建议使用冷铁或激冷材料，控制铸件的凝固过程。为此，专门浇注了一个试验桨，在 桨叶上不加冷铁、单面加冷铁和两面加冷铁。对桨叶断面上成分偏析和晶粒组织的各 种情况进行了研究。并且，通过数字模拟铸件凝固过程的电子计算机方法、合理的配 置冷铁，控制螺旋桨的凝固方向。 研究表明： １．采用冷铁可以有效的控制黄铜大型螺旋桨的晶粒组织及部分铁元素形成的宏 观偏析。 ２．现行大桨的铸造工艺常常难以消除热节处的缩松、缩孔，因而，应当采取措 施如使用冷铁或其他激冷材料，控制大型螺旋桨铸件的凝固顺序。 ３．大型螺旋桨可通过数字模拟铸件凝固过程的电子计算机方法，合理地设计冷 铁的数量和位置，以控制其凝固过程．     

铝、锰黄铜中铁的偏析及对铸件结晶组织的影响

通过解剖铸件、金相分析、化学成分分析与定向凝固的方ＰＪ，研究了ＺＨＡ１６７－５－２－２．Ｌｉｍａ和Ｓｔｏｎｅ Ｂｒｏｎｚｅ三个牌号黄铜大型螺旋桨内铁的偏析及对晶 粒尺寸的影响，发现铁在后凝区富集，使后凝区晶粒比初凝区细。通过研究提 出：（ｌ）铝、锰黄铜大型铸件内铁的偏析难以避免；因而，（２）用于生产大型铸 件的黄铜含铁量不宜超过１％，以减少铁偏析的影响；（３）为了保证大型螺旋桨 压力面晶粒细密．应当采取控制凝固方向的措施。     

连铸初始凝固传热系数的测定

本文建立了一套热模拟试验方法，获得了初始凝固过程３ｓ之内的坯壳；提出了考虑固液界面热流的等效凝固潜热计算方法，并据此用一维凝固传热解析法计算出了初始凝固过程的热流分布和传热系数分布，比较和探讨了热顶结晶器材质对初始凝固传热的作用。     

凝固过程数值计算的模拟

通过对铸件凝固过程中各换热边界条件的研究,建立了凝固过程的二维非稳态温度场计算数学模型;并运用了有限差分方法对模型进行离散,得到大型方程组,并利用超松驰迭代法(即SOR法)解该方程组,据此,利用Turbo C编制了计算机程序.上机运行结果表明,可较满意地模拟铸件凝固过程温度场的分布.     

铸钢件热裂纹的预测

本文以铸件凝固温度场数值模拟为基础，综合地计入了铸件凝固速度，补缩能力，受阻部位的收缩和铸型的柔度，热膨胀等因素，建立了铸钢件热裂预测的判据，模拟铸件的预测计算结果与实际浇注情况的对照表明，文中建立的判据及计算方法对铸钢件的热裂可进行较准确的预测。     

铜合金大型铸件金属渗透铸型(芯)现象的研究

本文根据大型铸件凝固过程金属与铸型相互作用的原理，设计了金属渗透砂型 （芯）的小型模拟实验装置。通过该装置研究了铜合金大型铸件的各种工艺因素对金 属渗透的影响。并对金属渗透砂型（芯）的机理进行了探讨．     

铸造过程的CAE数值模拟技术

铸件充型凝固过程数值计算以铸件和铸型为计算域，包括熔融金属流动和传热数值计算，浇注系统设计，模具设计等．铸造过程数值模拟技术是利用计算机技术来改造和提升传统铸造技术，现阶段的铸造CAE（Computer Aided Erlgineering）软件能够准确地预测铸件在充型凝固过程中可能产生的缺陷，进行工艺优化，缩短实验周期，提高铸件质量，降低生产成本．     

凝固过程中热传导的反问题

在铸件的凝固过程中，铸件／铸型界面的热交换行为是影响凝固速度的关键因素、在讨论了几种求解热传导反问题的方法后，着重介绍了非线性估计法（Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ＥｓｔｉｍａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ（ＮＥＭ）），同时也讨论了优化试验方案。以ＮＥＭ为理论基础，开发了两个程序并成功地应用到求解凝固过程中随时间而变化的金属／铸型界面热交换系数以及铸件、铸型中的温度场。     

凝固传热数值解中潜热的等效

潜热的等效是求解凝固传热问题常用的一种数值处理形式。对等效对象的研究,不同的学者曾采用多种方法。本文提出了等效实体导数法,能准确地模拟潜热对温度分布的影响。该法计算机实施简便,算例表明,结果与实际基本符合。     

连铸坯凝固传热过程的数学模型分析

连铸坯凝固传热数学模型对定量分析连铸过程中的热量传递、改善连铸坯质量及实现过程级的动态控制有重要意义．分析了连铸坯在结晶器和二次冷却区凝固传热的特点；重点讨论了建立连铸坯凝固传热数学模型的主要方法，给出了当前代表性的定解条件及参数确定方法；对凝固传热模型的主要数值计算方法，如有限差分法、有限元法以及边界元，进行了对比分析；指出进一步开发实用化凝固传热模型，研究连铸坯凝固传热动态控制模型将在高效连铸生产中发挥更大作用．     

熔模铸件凝固收缩流动过程的数值模拟

本文在考虑了由于凝固收缩而引起的液相流动后针对回转体类熔模铸件的凝固过程进行了数值模拟研究,探讨了熔模铸件的凝固界面、空单元界面的移动和凝固过程中的流速场,并直接模拟求得了熔模铸件内部的孔隙率分布。     

一种处理凝固导热方程的焓式源法

对以焓为因变量的导热控制方程．提出一种凝固过程的焓式源法的求解方法．合理地解决了凝固过程结晶潜热的释放问题．算例表明该方法是有效且可行的．     

Al—Si合金凝固相变热的Fourier算法

应用Fourier有源热传导理论，使用装有两支热电偶的分析样环，研究了铝合金凝固相变热的Fourier算法及其计算机辅助分析系统。测量了含Si量分别为6.34%、7.68%和8.46%铝合金的凝固相变热。计算结果分别为407、411和429kJ/kg。与差热分析法比较，最大误差为5%，其计算精度远高于Newton算法。实验结果证明，使用凝固始点和终点的热扩散系数αs、αe和Newton迭代法来计算凝固区间的“零”曲线具有更好的精度，所确定的“零”曲线更接近凝固相变的自然过程。说明建立在这种算法上的合金凝固质量计算机辅助冷却曲线分析系统，可广泛地用于材料加工过程的信息和参数计算。     

热裂预测的等效应变判据

从热裂产生的液膜理论出发,根据凝固过程温度场和应力场,应变场和数值模拟结果,提出了热裂形成的等效应变判据,揭示了在变截面棒形铸件中,热裂总是发生在等效应变最大的区域中;这一结论与变截面铸件的热裂实验结果相吻合。     

准稳态理论测量融解热及比热容的实验研究

基于准稳态理论，建立了准稳态量热器，可用于常压下250～400K物质的融解热、固相和液相比热容的实验测量．利用量热学中测定比热容的标准物质正庚烷对量热器进行了标定，用标定后的量热器测量了水的比热容，用于检验量热器的准确性和可靠性，测量结果与文献值比较偏差不大于1％，利用文中建立的准稳态量热器，测量了石蜡的融解热、固相及液相比热容，这些数据可用于空调冷凝器蓄热系统的设计和计算。     

A new model for analyzing laminar forced convective enhanced heat transfer in latent functionally thermal fluid

In this paper, a new model to analyze laminar forced convective enhanced heat transfer in latent functionally thermal fluid is developed. The main characteristics of the model are- i) a new formula of the specific heat at constant pressure is used; ii ) a real heat transfer process is considered; that is, heat transfer processes occur not only between working fluid and microcapsules, but also between the mixture and tube wall; iii) the new method, which combines the newly developed axisymmetrical dual reciprocity boundary element method (DRBEM) with finite difference method (FDM), is used to solve the control equations of this problem. The new model is validated by experimental data. Some new physical results on the variational characteristics of the specific heat at constant pressure with space and time during phase-change process, the time-marching history of the phase-change interfaces and so on are obtained. Several main physical factors that affect enhanced heat transfer in latent functionally thermal fluid are numerically analyzed. Some new understandings for the mechanism of enhanced heat transfer in the functionally fluid are obtained.     

用交替方向隐式迭代法计算铸件凝固过程的温度场

为了提高薄壁、复杂铸件凝固过程数值模拟时的计算速度,将整个计算域分为砂型和铸件两个分区,用显式差分格式计算砂型中的温度场,用交替方向隐式迭代法计算铸件中的温度场;基于热焓法,采用源项线性化技术处理凝固潜热,以提高铸件温度场的收敛速度,采用变时间步长以提高铸件温度场的计算效率。通过一个算例,证实本算法可提高薄壁铸件凝固过程数值模拟的计算效率。