電磁場作用下定向凝固過程流動、傳熱、傳質(zhì)的耦合數(shù)值模擬.pdf

1、電磁場理論應(yīng)用于定向凝固技術(shù)是材料制備的新方法，可以根據(jù)實際需要調(diào)整外加電磁場的大小，來控制所需的凝固組織。實驗研究此過程的傳輸現(xiàn)象很困難，采用數(shù)值模擬方法分析電磁場作用下定向凝固過程的流動、傳熱和傳質(zhì)與影響因素具有理論和實際意義。 本文在研究電磁場的分布規(guī)律和普通定向凝固過程傳輸現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，基于描述合金凝固過程中動量、能量、溶質(zhì)等傳輸過程的連續(xù)模型，建立了描述電磁場作用下多元合金凝固過程傳輸行為的數(shù)學模型，依據(jù)偽二元思想，模

2、型給出了液相線溫度與固相分數(shù)及液相多元溶質(zhì)濃度的耦合關(guān)系式，開發(fā)了相應(yīng)的模擬程序，研究了電磁參數(shù)和工藝參數(shù)對Ni-5.8﹪Al-15.2﹪Ta鎳基高溫合金定向凝固過程的物理場影響規(guī)律和機制。 首先，利用Maxwell-3D和ePhysics軟件分別對電磁場和感應(yīng)熱進行計算。隨著電流頻率的增加，樣件上磁感應(yīng)強度、感應(yīng)渦流和電磁力都減小，但不成正比變化；隨著電流強度的增強，樣件上磁感應(yīng)強度和渦流都增大，基本呈現(xiàn)正比變化趨勢，電磁力也

3、明顯增大；同時在計算條件不變情況下，穩(wěn)定后石墨套表面溫度恒定不變。 其次，研究了普通定向凝固過程，得到凝固界面前沿附近熱-溶質(zhì)雙擴散對流引起的密度倒置，是誘發(fā)普通定向凝固通道偏析的主要原因；富集溶質(zhì)從糊狀區(qū)流向液相區(qū)，通道周圍局部流動可以通過糊狀區(qū)從液相區(qū)補充通道中的流動；樣件中心通道流不能穩(wěn)定存在，而兩側(cè)的通道流形成于整個凝固過程。 最后，利用自編程序耦合計算電磁場作用下定向凝固過程。結(jié)果表明：隨著電流頻率的減小，液相