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树枝晶前沿热电磁流体动力学效应的研究

作　者: 王岩
导　师: 张伟强
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 热电磁流体动力学效应电磁制动效应定向凝固稳恒磁场
分类号: TG111.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 67次
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内容摘要

在定向凝固过程中施加一稳恒磁场,将会同时存在热电磁流体动力学(TEMHD)效应和电磁制动(MHD)效应。这两种效应对于液相流动具有不同的影响,即驱动流体运动和阻碍流体流动。本文通过联合使用Vc++和Fluent软件建立二维数学模型,对稳恒磁场中定向凝固二元合金固—液界面前沿流场的变化进行模拟。着重研究了两种效应之间的关系以及热电磁流体动力学效应对凝固过程的影响规律。模拟结果表明由于TEMHD和MHD效应的相互作用,施加不同磁场时,枝晶前沿流场变化不同。当B<0.2T时,TEMHD效应控制熔体流动;然而当B从0.2T继续增加时,MHD对于流场起主导作用。计算结果与实验结果符合较好。温度梯度也能对固—液界面前沿的流场造成影响,表现出TEMHD效应增强。而在磁场强度和温度梯度不变时,生长速度对于糊状区熔体的流动速度并没有明显的影响。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-10
1 绪论  10-24
  1.1 定向凝固技术  10-11
  1.2 磁流体动力学  11-14
    1.2.1 磁流体动力学的基本方程  11-13
    1.2.2 物态方程  13-14
  1.3 磁场作用下定向凝固技术  14-21
    1.3.1 抑制对流  14-16
    1.3.2 热电磁流体动力学效应  16-19
    1.3.3 稳恒磁场对凝固过程影响的研究现状  19-21
  1.4 定向凝固过程的数值模拟  21-22
  1.5 本文研究内容及意义  22-24
2 数学模型的建立  24-33
  2.1 物理描述  24
  2.2 几何描述  24-26
  2.3 数学模型的假设条件  26-27
  2.4 凝固界面内部热电流  27-31
  2.5 控制方程及边界条件  31-33
    2.5.1 控制方程  31-32
    2.5.2 边界条件  32
    2.5.3 文中参数  32-33
3 求解方法  33-44
  3.1 常用数值计算方法  33-35
    3.1.1 有限差分法  33
    3.1.2 有限元法  33-34
    3.1.3 有限体积法  34
    3.1.4 边界元法  34-35
  3.2 控制方程的离散化  35-37
  3.3 离散方程的耦合式解法  37-42
  3.4 代数方程组的求解  42-44
4 计算结果及分析  44-60
  4.1 计算精度分析  44
  4.2 不同磁场强度下的液相流动  44-54
    4.2.1 弱磁场下的液相流动  45-49
    4.2.2 强磁场下的液相流动  49-52
    4.2.3 热电磁力与电磁力  52-54
  4.3 温度梯度对液相流动的影响  54-58
  4.4 凝固速度对液相流动的影响  58-60
5 讨论  60-68
  5.1 液相流动对金属凝固组织的影响  60-61
  5.2 TEMHD 效应对Al-Cu 合金显微组织的影响  61-65
  5.3 TEMHD 效应对界面稳定性的影响  65-68
结论  68-69
参考文献  69-77
附录A 符号表  77-78
作者简历  78-80
学位论文数据集  80-81

树枝晶前沿热电磁流体动力学效应的研究

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