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电磁泵充型过程数值模拟技术研究

作　者: 王春欢
导　师: 杨晶
学　校: 中北大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 电磁泵充型过程数值模拟 SOLA-VOF
分类号: TG249.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 88次
引　用: 2次
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内容摘要

电磁泵充型技术用于铸造生产是近年来发展起来的一种先进技术,它克服了传统气压式铸造充型不平稳,充型过程难以控制等技术缺陷,使铸件质量大大提高。为了更加准确地制定工艺方案,实现生产工艺的一次成型,使电磁泵设备能够更加充分的发挥其优势,必须依据科学的方法预见电磁泵充型过程中液态金属的流动特征及温度分布。为此,本文针对电磁泵充型过程的数值模拟展开了研究。本文研究了电磁泵泵高、流量等工艺参数与电极电流的关系,并针对电磁泵充型过程的特点确定SOLA-VOF法为其数值模拟的数学模型。本文对处理自由表面的VOF法进行了改进,减轻了由“施主-受主”法导致的假扩散现象。对于流体碰壁时,流体的体积分配情况做了简单的边界处理。另外,还针对模拟计算速度慢这一缺点,采用减小搜索域的方法进行改进,大大提高了程序的计算速度。为了验证所开发的电磁泵充型过程数值模拟程序的正确性,作者采用水力模拟实验进行验证。通过实验结果与模拟计算结果的对照,两结果基本吻合,验证了程序计算结果的正确性。

全文目录

第一章绪论  9-17
  1.1 选题背景及意义  9-10
  1.2 国内外发展概况  10-16
    1.2.1 充型过程数值模拟国内外发展状况  10-13
    1.2.2 充型过程数值模拟方法  13-15
    1.2.3 目前充型模拟领域中存在的问题  15-16
  1.3 电磁泵充型过程数值模拟的国内外研究现状  16
  1.4 本文的研究内容  16-17
第二章电磁泵工作原理及工艺参数测定  17-24
  2.1 引言  17
  2.2 电磁泵的工作原理  17-19
  2.3 电磁泵工艺参数测定  19-22
    2.3.1 实验设备与器材以及实验方法  19
    2.3.2 电磁泵泵高测定结果分析  19-21
    2.3.3 流量测定实验及结果分析  21
    2.3.4 流量与出液口处净压头(ΔP′)的关系  21-22
  2.4 电磁泵充型特点  22
  2.5 小结  22-24
第三章电磁泵充型过程数值模拟  24-44
  3.1 引言  24
  3.2 SOLA法求解速度场-压力场  24-33
    3.2.1 SOLA法的数学模型  24-25
    3.2.2 SOLA法离散格式  25-26
    3.2.3 连续性方程及动量方程的离散  26-31
    3.2.4 SOLA法求解速度场-压力场的迭代方法  31-33
  3.3 VOF法处理自由表面  33-35
    3.3.1 自由表面法线方向的确定  34-35
    3.3.2 自由表面位置的确定  35
  3.4 充型过程温度场的计算  35-39
    3.4.1 流体温度场的确定  35-38
    3.4.2 铸型与型芯或其它冷却介质(如冷铁)的温度场的确定  38-39
  3.5 其它条件的处理  39-42
    3.5.1 边界条件  39-42
    3.5.2 数值稳定性条件  42
  3.6 参数转换  42
  3.7 流场温度场耦合程序的编制  42
  3.8 小结  42-44
第四章电磁泵充型过程模拟计算的改进  44-52
  4.1 引言  44
  4.2 VOF法的改进  44-46
  4.3 流体碰壁时体积函数的分配  46-47
  4.4 提高计算速度的方法  47-51
    4.4.1 目前提高计算速度采用的方法  48-50
    4.4.2 本文提出的方法减小搜索域提高速度  50-51
  4.5 小结  51-52
第五章电磁泵充型过程数值模拟程序的实验验证及应用  52-59
  5.1 引言  52
  5.2 水力模拟实验验证  52-55
    5.2.1 实验装置及测试系统  52-53
    5.2.2 实验方法  53
    5.2.3 实验结果与模拟计算结果对比  53-55
  5.3 电磁泵充型过程数值模拟的应用  55-58
    5.3.1 轮毂浇注工艺的确定  56
    5.3.2 电磁泵充型数值模拟对于铝合金轮毂的应用  56-58
  5.4 小结  58-59
第六章结论  59-60
参考文献  60-63
攻读硕士期间发表的文章  63-64
致谢  64

电磁泵充型过程数值模拟技术研究

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