鋁合金超聲凝固溶池流場數(shù)值模擬及試驗研究.pdf

1、在鋁合金的鑄造過程中施加超聲外場技術(shù)是當前國際研究的熱點和未來鑄造技術(shù)的一個新的發(fā)展方向，超聲波在金屬熔體中產(chǎn)生的空化和聲流效應(yīng)可以明顯改善成型鑄錠的組織和性能，本文主要以鋁合金超聲鑄造為切入點，研究以下幾方面內(nèi)容： 1、通過測量超聲工具桿端面在空氣中的位移振幅，應(yīng)用多介質(zhì)聲波傳輸理論對工具桿在鋁合金熔體中的聲壓分布進行計算，得到了工具桿在鋁合金熔體中產(chǎn)生的聲壓場分布。在對空化理論以及空化閾值的影響因素進行分析后，結(jié)合熔體的聲壓

2、場分布，得出在本試驗條件下超聲設(shè)備在鋁合金熔體中所產(chǎn)生的空化場約為工具桿端面下30mm范圍內(nèi)。 2、通過對熔體中的Eckart聲流現(xiàn)象進行理論分析，考慮流體方程各參量的二階項的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析和推導，得到了Eckart聲流驅(qū)動力的表達式。應(yīng)用流體仿真軟件Fluent對置于坩堝中的7050鋁合金熔體超聲處理過程進行數(shù)值模擬，通過對熔體內(nèi)的超聲吸收系數(shù)進行分析和計算后得到試驗條件下的聲流驅(qū)動力值，隨后通過UDF函數(shù)將其添加到Flue

3、nt的計算過程中進行模擬計算，模擬結(jié)果表明：在輸出功率為170W的超聲波的作用下，在坩堝的可流動區(qū)域內(nèi)，形成了大規(guī)模的Eckart聲流現(xiàn)象；高速并不是聲流的特點；在液相區(qū)域內(nèi)位于工具桿對稱軸線上的軸向速度幅值呈先增大后減小的趨勢；仿真得到的最大軸向速度幅值與Eckart聲流軸向速度經(jīng)典公式計算值在一個數(shù)量級上，但在出現(xiàn)位置上與其有偏差；聲流驅(qū)動力增大時，最大軸向速度幅值并不隨著線性增大，驅(qū)動力的增大影響了溫度場和聲流范圍；隨著容器規(guī)模的