電磁攪拌對鋁合金凝固影響的數(shù)值分析與實驗研究.pdf

1、在鋁合金凝固過程施加電磁攪拌能顯著提高合金的內(nèi)部與表面質(zhì)量，故對電磁攪拌作用機理的研究以及其對鋁合金熔體的表面質(zhì)量與內(nèi)部性能的影響則十分有必要。本文根據(jù) Maxwell電磁學理論基礎確定實驗求解理論方程，再通過理論方程推導出電磁場作用力方程，并以有限元計算方法為基礎，通過ANSYS有限元軟件首先構(gòu)造出二維和三維的電磁攪拌物理模型和有限元模型，再通過設置邊界條件和初始條件計算電磁場的磁感應強度與電磁力的一些分布情況，然后改變電流、頻率攪拌

2、參數(shù)來探究其對磁感應強度和電磁力的影響。實驗表明：電磁攪拌作用下的金屬熔體內(nèi)部的磁場分布規(guī)律，磁場的分布規(guī)律為磁場在有鑄坯表面向中心衰減，且磁場在整個徑向上對稱分布，在徑向上的分布呈現(xiàn)出一個“V”字形；在一個計算周期內(nèi)，磁場在電磁攪拌作用下呈周期運動，運動方向呈順時針；磁感應強度在周期內(nèi)磁場運動過程中分布均勻，鑄坯內(nèi)磁感應強度在計算范圍內(nèi)隨著頻率的增大而減小,電磁力在計算的范圍內(nèi)隨頻率的增大而增大；磁感應強度和磁場力大小隨著電流的遞增而

3、遞增，且趨勢呈指數(shù)性遞增。
　　為了更進一步探究電磁場的作用情況，通過 ANSYS有限元軟件的 CFX模塊建立了流體的三維物理模型和有限元模型，先設置流場邊界條件再把前面電磁場計算出的電磁力耦合到流場中作為流場的初始條件，求解出了流場的分布規(guī)律以及電流強度和頻率參數(shù)對流場的影響規(guī)律。實驗結(jié)果顯示：添加電磁攪拌后的鋁合金熔體產(chǎn)生繞著中心旋轉(zhuǎn)的速度場，增強了熔體流動；且添加攪拌的熔體速度在鑄坯表面最大，在中心最小，其速度場的分布在徑向