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《天津理工大学》 2009年
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金属型铸造凝固过程铸件/铸型界面换热系数的研究

竹励萍  
【摘要】: 在铸造传热过程中,铸件冷却凝固体积缩小,而铸型受热体积膨胀,这样在铸件/铸型接触面之间产生空隙,使得热传递不能达到理想的状态,造成铸件?铸型界面两侧的温度间断,产生热阻。热阻的倒数定义为界面换热系数(又称界面传热系数)。在有限元数值模拟中,通常用界面换热系数表示热阻对界面热传递的影响。在金属型铸造中,铸件/铸型界面形成间隙,往往成为凝固传热的控制因素。因此,界面换热系数在计算机凝固模拟时既是重要的物性参数,也是必备的边界条件,它对模拟精度产生重要影响。 本文自行设计了金属型铸造的试验方案并进行了测温试验,以测得的铸件/铸型界面温度为基础,采用有限元分析软件ANSYS对金属型铸造凝固过程的温度场进行了数值模拟分析,基于非线性估算法对金属型铸造凝固过程的界面换热系数进行了求解。主要研究工作如下: 1、设计并实施了金属型铸造测温试验,得到了铸件/铸型界面不同位置的温度值,采取了一系列措施保证了试验数据的精度,提高了反问题解的抗不适定性; 2、针对热阻对模拟精度的影响,以测得的温度数据为基础,利用ANSYS软件,分别对同一铸造凝固过程的不同铸型厚度的温度场进行模拟分析,进而判定接触热阻的存在对温度场分布的影响;在考虑界面热阻情况下,采用不同界面换热系数对铸造凝固过程的温度场进行计算,对比分析了模拟结果与试验结果,表明界面换热系数不能视为常数且取值大小直接影响温度场的模拟精度; 3、由于铸型厚度会影响表面散热状况,探索出了铸型厚度对界面换热系数影响规律;同时研究了铸件/铸型接触的空间位置对传热的影响,分别模拟计算了空间接触位置不同的温度场分布规律并进行了对比分析; 4、在反问题数学模型的基础上,利用“非线性估算法”求解了界面换热系数,结合ANSYS软件、非线性估算法和最小二乘法得出界面换热系数随时间变化的规律;建立了铸型厚度、空间接触位置等界面换热系数有关时间的数学模型,并用于温度场的计算,最后将模拟结果与试验结果进行了对比分析,发现了它们之间的内在规律,得到了较高的模拟精度,为研究金属型铸造界面换热系数提供了一种可行的方法。
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TG249.3

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【引证文献】
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【同被引文献】
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