第三章 液态金属流动与传热精要.ppt

1)金属性质的影响： 3)浇注条件的影响 砂型中 t浇上升, t2上升，gradt下降, 金属型中, 热量迅速导出，浇注温度影响不明显 通解： 解方程所需的边界条件： ② ① ③ ④ 4 其他坐标系的导热微分方程 ① ② 5 考虑结晶潜热的导热微分方程 6 影响铸件温度场的因素 ①金属的热扩散率 ： 变大 铸件内部的温度均匀化的能力就大，温度梯度小，温度分布 曲线平坦； ② 结晶潜热 L上升，铸型内表面被加热的温度也高，gradt下降温度曲线平坦。 ③金属的凝固温度 Tl越高，铸型内外表面温度差距越大， gradt 升高。铸铁件、铸钢件较 陡,有色金属温度场平 坦，因为有色合金Tl低。 2)铸型性质的影响 铸型的吸热速度越大，则铸件的凝固速度越大，断面的温度场 的梯度也就越大。 ① 铸型的蓄热系数b2 b2越大，冷却能力强，铸件中的gradt越大 ② 铸型的预热温度： 铸型温度上升，冷却作用小 ，gradt下降,熔模铸造的型壳 金属 型需 加热，提高铸件精度减少热裂 4)铸件结构的影响： ① 铸件的壁厚 壁厚越大， gradt 变小；壁厚越小，gradt 变大 ② 铸件的形状 铸型中被液态金属包围的突出部分，型芯以及靠近内浇道附近的铸型部分，由于大量金属液通过，被加热到很高温度，吸热能力显著下降，对应铸件部分的温度场较平坦。L 、T形等固相线位置（不同时）——外角的冷却速度平面壁内角；内角面热裂直内角改成圆内角，散热条件得到改善，减少热裂需要直角处，应采取措施（冷铁）。 7 铸件与铸型热交换分析 1)铸件与铸型均为半无限大平面； 2)铸型和铸件内部分别为均温，铸件的初始温度为浇注温度T1 ，铸型初 始温度为T2； 3)铸型和铸件的材质是均质,导温系数不随温度变化； 4) 铸件凝固区间小，可以忽略，即凝固在恒温下进行； 5)不考虑凝固过程中结晶潜热的释放； 6) 铸件与铸型紧密接触，不考虑热阻，界面处等温； T1 T2 Ti 铸件 铸型 Tm TM 0 x T1 T2 铸件 铸型 0 x 假设:: erf（x）为高斯误差函数，其计算式为： 在以上条件下，铸型和铸件任意一点的温度T与y和z无关，为一维 导热问题： 边界条件： 对于铸件： 对于铸型： 边界条件： T1 T2 Ti 铸件 铸型 Tm TM 0 x 界面温度的确定： M m M 其中，b1 ，为 b2为蓄热系数。 ②牛顿粘性体流变性能 r v dS dr γ τ τ σ～ε ③圣维南塑性体流变性能 σ σs σσs σs σs σ=σs σs 3）复杂材料流变性能 ① 代入： 或 (应力恒定下，应变随时间的变化) ② 代入： 在承受较小外力时物体产生的是塑性流动，当外力超过屈服应力t时，就按牛顿液体的规律产生粘性流动 代入： σ ε σ1 σ= σs ε1 例1： 例2： 3.4 材料加工过程中的热量传输 1 导热的基本概念和定律 2 傅里叶导热定律 3 导热微分方程 0 z u1，P1 u2， P2 举例： 2、粘性流体的流动 p p 3、自由下落液体充满型腔 H dm v,r 4、液体金属充型 1 2,流速 u2 5、液体金属的对流 两板之间因温度而产生对流， 任意两层之间的切应力为: 而τ在y方向的梯度为： 由于y方向上各点温度不同，因此 各点的密度也不同，这个密度差就是 引起 对流的原因。现假设密度和温度 一样呈直线分布。 τ τ vx ρg 液体上浮，是由于密度低于平均密度ρ0，上浮的力取决于密度差（ ρT - ρ0 ）。由于液体上浮，速度向上，因此粘滞力向下：因此产生对流的条件是浮力大于浮力,由于切应力梯度相当于作用在单位体积上的粘性力，因此产生对流的临界条件是： ： 浮力 粘滞力 下沉 粘滞力 为温度膨胀系数,则： 由于温度分布为直线，故对于y处的温度T有如下比例关系： 结合上面的式子： 积分，并利用边界条件y=±1或y=0时， 求得： 令： 令： 得： 称为格拉索夫数，表示由于温差引起的对流强度 与此类似，由于浓度差引起对流，则可表示为： 为液体的浓度膨胀系数 宽结晶范围的合金，凝固过程会产生发达枝晶，形成大范围的液相和固 相共存区域，液体会在两相区的枝晶间流动。其驱动力来自三个方面：凝固 时的收缩、液体成分变化引起的密度的改变