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铝合金熔体双喷头旋转精炼技术模拟研究

作　者: 苏志付
导　师: 苏彦庆
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铝合金旋转喷吹净化水模拟
分类号: TG292
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 35次
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内容摘要

铝合金是目前人们在日常生活中使用广泛的金属材料,随着经济的不断发展,对它的需求量将继续增加。但是由于铝合金在浇注时不能很好的保证合金熔体质量,所以在加工后不但会导致材料使用寿命降低而且还会增加铸件的废品率。为此,本文使用双喷头结构旋转喷吹针对铝合金熔体精炼过程进行了模拟研究。本文首先对目前企业生产中使用的旋转喷吹喷头进行改进,提出双喷头结构概念。在此基础上对旋转喷吹的组件进行重新设计,采用上下双层喷头转子结构。除出气口直径外,上层转子与下层转子的尺寸关系为等比例缩小。其次,利用部分自行设计的旋转喷吹实验装置进行水模拟实验,采用正交实验的方法对影响旋转喷吹除气效率的转速、气流量以及除气位置因素进行优化,运用了极差分析法得出在此试验条件下的各影响因素的显著性顺序和最佳净化工艺参数。再次,运用CO2--NaOH水溶液体系模拟铝熔体净化,计算出此实验条件下最佳的转速与气流量配比关系。分析了转速、气流量对漩涡深度的影响以及阻流板对气泡运动的影响。同时对比了单喷头与双喷头旋转喷吹所产生的气泡运动分布规律。最后,利用计算机三维数值模拟对比分析了单喷头、双喷头与双区旋转喷吹三种方案作用下的水溶体内部压力场、速度场和湍动能等基本分布规律。而后针对双喷头结构方案对比了其在不同工艺参数条件下除气过程中溶体内部流场规律的变化情况。最后运用二维数值模拟观察分析了不同转速以及气流量下双喷头旋转喷吹除气过程中气泡的运动分布状态,同时通过模拟向水溶体通气时的气泡运动规律对比了单喷头与双喷头各自的除气能力,说明了双喷头所具有的优势。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-23
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 铝熔体精炼技术及相关理论的发展概况  10-19
    1.2.1 气体的来源  10-11
    1.2.2 气体在熔体中动力学  11-12
    1.2.3 铝熔体除气净化方法  12-19
  1.3 流体的数值模拟方法  19-22
    1.3.1 MRF模型  21
    1.3.2 VOF方法  21
    1.3.3 SIMPLE算法  21-22
  1.4 本文研究的主要内容  22-23
第2章实验原理与方法  23-31
  2.1 引言  23
  2.2 模拟原理  23-24
  2.3 模拟条件的相似  24-25
    2.3.1 运动的相似  24
    2.3.2 几何的相似  24
    2.3.3 动力的相似  24-25
  2.4 实验方法  25-31
    2.4.1 实验装置及材料  25-27
    2.4.2 水模拟正交实验的设定  27-28
    2.4.3 水模拟正交回归试验的设定  28-30
    2.4.4 实验过程  30-31
第3章水模拟实验结果与影响因素分析  31-43
  3.1 水模拟实验结果及其分析  31-36
    3.1.1 正交试验结果及分析  31-34
    3.1.2 确立回归方程  34-35
    3.1.3 回归方程的分析  35-36
  3.2 转速与气流量对漩涡大小的影响  36-37
  3.3 阻流板对净化的影响  37-39
  3.4 双喷头与单喷头对比  39-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章旋转喷吹净化过程数值模拟  43-64
  4.1 旋转喷吹净化过程流场的数值模拟  43-55
    4.1.1 计算模型  43-44
    4.1.2 计算条件  44
    4.1.3 网格划分  44-45
    4.1.4 求解计算  45
    4.1.5 模拟结果与讨论  45-55
  4.2 旋转喷吹净化过程气泡运动的数值模拟  55-63
    4.2.1 不同转速下气泡运动模拟结果  55-60
    4.2.2 不同气流量下气泡运动模拟  60-62
    4.2.3 单喷头与双喷头对比  62-63
  4.3 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-70
致谢  70

铝合金熔体双喷头旋转精炼技术模拟研究

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