用边界元法求解非稳态非线性凝固传热问题

建立了用边界元法求解凝固传热问题的数学模型．用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编写了计算程序．以连铸坯凝固传热为例进行了计算．计算结果与实测结果接近．     

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．     

大型钢锭凝固过程的计算机模拟

本文分析了钢锭-锭模系统的各种边界以及浇注过程中的热交换,应用直接差分法,建立了考虑浇注过程中热交换情况的大型钢锭凝固数值模拟方法,提出采用辐射传热处理钢锭、锭模边界产生气隙后的边界条件。最后应用所编程序计算了60t钢锭的凝固温度场,计算结果表明,显式直接差分法进行凝固数值模拟,单元剖分简单,计算方便。60t钢锭的计算温度场符合钢锭的凝固趋势。     

界面追踪法求解半空间双相Stefan问题

提出了一种定时间步长,以计算得到的移动界面位置作为网格节点且前后界面位置之差为空间步长(非等距)的界面追踪差分方式,用于凝固或融解过程的相变传热问题的计算．该方法在计算过程中能自动地逐步形成网格的划分．采用与分析解相结合的方法,对双相凝固问题进行了求解．与定壁温条件下的理论解对比,表明该方法的计算结果与理论解相吻合．     

低压铸造温度场数值模拟中换热情况处理

以戴卡轮毂制造有限公司铝合金轮毂生产为背景，开发以个人微机为硬件基础的Windows平台下低压铸造充型与凝固模拟软件。传热计算是凝固模拟技术的基础，对低压铸造复杂的边界换热现象进行了全面的研究，建立了引入冷却介质模型块的立体计算模型，根据传热计算中的节点分布位置，详细分析了各种不同的传热计算方式，并针对实际生产中用户可以直接调控的冷却系统参数建立了综合的计算模型。     

异径双辊薄带铸轧钢液初始凝固的传热特性

采用有限差分和二维非稳态凝固传热模型,应用边界适体坐标(ＢＦＣ)技术对异径双辊薄带铸轧熔池中钢液的初始凝固传热特性进行了数值仿真·分析了铸轧起始阶段熔池内温度场的发展变化及辊面凝固薄壳的生长过程,指出１００ｓ为适宜的起始铸轧时间,此时凝固末端距熔池出口约９～１０ｍｍ·探讨了钢液过热度、辊壁内表面与冷却水的对流换热系数和辊壁导热热阻等设计及操作工艺参数在起始铸轧阶段对钢液的凝固传热及凝壳形成的影响,结果发现辊壁是制约熔池中凝固传热的重要因素,直接影响着凝壳的快速生长·     

传热理论在钢锭传搁时间计算上的应用

在分析钢锭凝固传热的基础上，结合对天津钢厂２．７吨矩形弧边钢锭的技术改造，对钢锭的凝固传热及传搁时间进行了数值计算。通过计算改进了现有的传搁时间表，并应用于天钢初轧厂，取得了良好的效果。     

水平连续铸钢凝固过程数值模拟

本文在分析水平连铸传热特征的基础上，给出了一维情况下，计算结晶器出口处铸坯凝固层厚度的解析式，建立了计及轴向传热的连续坯凝固模拟模型。进行了连续坯二维传热的凝固数值模拟，其模拟结果与实验结果吻合较好，具有普遍应用价值。     

元件基板温度场的数值分析

采用边界元方法，对元器件的传热问题进行了数值分析．具体计算了矩形基板内布置两个圆形热源时，基板的温度分布，并绘制了等温线及立体图．计算结果，精度较高．     

离心铸造大型汽缸套凝固过程的数值模拟及实验研究

本文以离心铸造280型柴油机汽缸套为对象进行了数值模拟及实验研究。计算采用了全隐格式的直接差分法,用热焓法处理潜热;在边界处理中考虑了模套外表面的对流换热及铸件内表面的辐射换热。同时,设计制造了一套柔性传动的刷一环测温装置,获得了实测温度场。数值计算结果与实测温度场基本吻合。由计算结果和对铸件本体的解剖可见:离心铸造汽缸套的凝固过程主要取决于传热的综合效应,在不同部位表现出不同程度的双向凝固,不存在明显的同时凝固区域;缩孔产生于临界固相率曲线封闭位置深入断面中心的情况下;缩松产生于固相率梯度很小的场所,特别是遍布于固相率梯度为负值的区域。改变与传热有关的工艺条件可以改变缸套的凝固方式,有可能控制或避免缩孔、缩松缺陷。     

通过枝晶间距反求薄带连铸界面的热流

根据导热微分方程，推导出了在二次枝晶间距基础上计算双辊薄带连铸界面传热热流的数学解析式，并以1Cr18Ni9Ti不锈钢作为研究对象，进行了数值计算.数值计算结果表明，随着凝固时间的增加，界面热流密度呈下降趋势；在弯月面附近热流密度下降速度很快，越靠近Kiss点，热流密度下降速度越慢；薄带连铸界面热流密度的计算数值与文献所报道的实验数据在同一个数量级上.此外，进一步的计算还表明，双辊薄带连铸属于亚快速凝固过程，这与实际情况是一致的.     

CSP结晶器内钢液流动及凝固的数值模拟

应用数值模拟方法,建立CSP漏斗型结晶器内钢液流动及凝固传热耦合模型。针对结晶器内铸坯角部受到强冷的特点,对结晶器内热流密度采用修正方程进行计算,分析热流密度修正系数对铸坯凝固坯壳表面温度计算精度的影响。通过比较不同拉坯速率下结晶器内钢液凝固的特点,研究凝固坯壳对结晶器内钢液流动行为的影响。结果表明,采用热流密度修正系数后,铸坯凝固坯壳角部温度的计算值与实际情况更相符;提高拉坯速率可使铸坯凝固坯壳厚度减小;拉坯速率较大时凝固坯壳厚度随铸坯距弯月面距离的增大基本呈线性增长,拉坯速率为3m/min时,凝固坯壳在生长过程中厚度的增长有短暂的停滞现象;凝固坯壳对钢液流动的影响较大,主要是由钢液有效流动区域减少及两相区额外动量阻损造成的。     

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。     

Mathematical Model of Fluid Flow and Solidification in Mold Region of Continuous Slab Casting

To simulate the phenomena in the mold region of continuous casting by coupling fluid flow and solidification, a three-dimensional mathematical model has been developed based on the K-ε turbulence equations and the SIMPLER algorithm. A pseudo source term was introduced into the energy equation to account for the latent heat and kinetic energy. The fluid flow in the mushy zone was calculated by defining the fluid viscosity as a function of the solid fraction in the mushy zone. Fine meshes in the solid region improve convergence and reduce iteration time. Comparison of the fluid flow and temperature distribution with and without solidification shows that although the solid shell in the mold is thin, it still greatly affects the flow pattern. The numerical results obtained provide details of the fluid flow and solidification phenomena which can be used to optimize the nozzle structure and other process parameters in continuous casting.     

铸铁水平连铸用圆结晶器水冷套换热计算方法的研究

建立了铸铁铸用圆结晶器水冷套的换热模型,给出了换热边界条件的确定方法。采用该计算方法可以计算不同水道结构参数和不同水流参数下水冷套的换热效果,其计算结果与实测结果基本符合。该计算方法可为设计结晶器水冷套时使用,并与可已有铸铁水平连铸铸坯凝固过程数值模拟计算程序结合,使之更加完善。     

水冷换热系数的研究及平面凝固铸造的数值模拟

分别建立了喷雾冷却和平面凝固铸造的二维计算模型.根据对1070铝合金方锭末端冷却所测得的温度数据,反求出不同水压下冷却面表面温度与换热系数的变化规律,并将其作为边界条件导入平面凝固铸造的计算模型进行可靠性验证.结果表明:界面换热系数随冷却面温度的降低先升高后降低,在400K左右达到峰值.随着冷却水压的增加,换热系数的峰值和峰值对应的温度值也相应增大.铸造实验测温结果表明:所用平面凝固装置可实现凝固前沿宏观上呈平面上升,且凝固过程中铸锭各处冷却均匀;与数学模型计算结果吻合良好,说明该模型可用于平面凝固铸造工艺方案的研究.     

金属基复合材料制造浇铸过程的数值模拟

以轴对称的浇铸模型为研究对象，运用有限元法对用预制模法制造金属基复合材料的浇铸过程进行了数值模拟，它考虑了液态金属的对流传热，计及了金属凝固所释放的潜热，得出了温度变化曲线、流动前沿进程线及固相率分布曲线等基本结果；分析了工艺参数对浇铸的影响。     

结晶器内连铸坯凝固过程的有限元数值模拟

建立了结晶器内连铸坯凝固过程的有限元数学模型，在坯壳面表面边界条件中引入与气隙相关的传热模型修正平均热流量方程，研究了铸坯角部气隙对坯壳凝固行为的影响，模拟结果表明，铸坯角部形成的气隙流量显著地长低了坯壳表面的换热，使得铸坯偏角区成的为热节区，此热节区是铸坯凹陷，裂纹等缺陷乃至漏钢事故发生的诱因。     

双辊铸轧超高强铝合金有限元数值模拟

采用有限元法对双辊铸轧7075和7050铝合金的工艺过程进行了数值模拟,研究了合金成分和铸轧速度对铸轧熔池内温度场、流场和凝固场的影响规律。结果表明,在同一铸轧速度条件下,随着合金的等效比热增大,合金在铸轧熔池内的温度梯度随之减小,凝固速率减慢;对于同一种合金,随着铸轧速度增加,合金的速度梯度随之增大,熔池内所形成漩涡的位置下降。模拟结果为下一步的铸轧实验提供了理论依据。