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约束型快速流变系统薄层熔体流场与温度场研究

刘晓波  
【摘要】: 本论文的背景来自为快凝铸轧提供铸坯厚宽比(H几)极小、流量温度场极为均匀的熔融金属,需要设计科学的型腔约束实现上述目的,可以定位本论文研究的核心科学问题是约束型快速流变系统薄层熔体流场与温度场研究。为此本研究涉及如下内容: 1)建立了适应铸咀型腔熔体流动的约束型薄层熔体三维流场、温度场数学模型。 2)建立了适应铸咀型腔熔体流动的约束型薄层熔体水模拟相似准则。 3)理论分析、数值仿真与水模实验研究表明:基于型腔大宽厚比、变截面的约束型薄层熔体流动存在紊流以及出现流向涡,且紊流强度随着流量的增加而增大,但在型腔出口处仍为准层流。 4)提出了广义约束概念。理论计算和数值仿真研究表明:可以通过结构约束即改变型腔结构或通过能量约束即改变入口速度分布来改变阻力分布以改善型腔熔体出口速度、出口温度的均匀性。 5)通过不同入口速度变化方式、不同入口速度分布对型腔熔体出口速度、出口温度的动态影响的数值仿真研究表明:对型腔进行在线布流调节以改善:铸咀型腔流场、温度场是可行的。 6)对结构约束设计参数影响型腔流场、温度场进行了数值仿真,得出了使型腔出口熔体速度、温度分布均匀的最有效的方法是使型腔侧壁为平直式或微渐扩式或微渐缩式、并延长型腔长度以及减小分流块尺寸,尾迹区长度与分流块长度的比值l_1/l_2越大,型腔熔体出口速度分布越均匀。水模实验也证明了尾迹区长度与分流块长度的比值l_1/l_2越大,型腔熔体出口速度分布越均匀。 7)设计了一个型腔熔体出口速度、出口温度分布满足快速超薄铸轧技术要求的铸咀型腔。


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