【摘要】：鋁及其合金鑄件在機械制造、航空航天、日常生活等方方面面具有廣泛的應(yīng)用前景,所以提高鋁合金鑄件的工藝性能顯得尤為重要。而鋁熔體中的氫,作為鋁及其合金鑄件中氣孔、白點、氫裂等缺陷的主要原因,限制了鋁及其合金鑄件機械性能的提高,降低了使用壽命,所以,對鋁及其熔體的凈化除氣技術(shù)得機理進行研究并據(jù)此將凈化技術(shù)進行改進非常重要。本文依據(jù)現(xiàn)有的除氣凈化方法提出了一種將旋轉(zhuǎn)吹氣凈化法和功率超聲凈化法相結(jié)合的復合式凈化方法。本方法主要利用惰性氣泡與液相熔體間氫的濃度差,使熔體中的氫擴散傳質(zhì)進惰性氣泡并隨氣泡運動被排出熔體,且超聲作用可以促進該過程的進行,有效提高凈化速率。為了能夠明確得到復合式凈化方法的工藝參數(shù)對鋁及其熔體凈化過程的影響,得到有利于凈化過程進行的工藝參數(shù),對該過程中凈化氣泡的運動過程及擴散傳質(zhì)過程進行分析,得到了關(guān)于凈化氣泡的瞬態(tài)運動傳質(zhì)耦合模型,并利用數(shù)值分析方法將該方程組進行解析,得到凈化過程中氣泡運動路徑、氣泡半徑及氣泡傳質(zhì)速率在不同工藝參數(shù)(旋轉(zhuǎn)速率、入射氣體流量、超聲頻率及超聲壓幅值)影響下關(guān)于時間變化的曲線,幫助我們得到最優(yōu)工藝參數(shù)。根據(jù)理論分析可以得到超聲對凈化氣泡運動軌跡影響較小,當超聲頻率在20 k Hz~50 k Hz范圍內(nèi),超聲壓幅值變化范圍100 k Pa~160 k Pa時,可以確定有利于鋁及其合金熔體凈化過程進行的超聲場頻率為50 k Hz,超聲壓幅值為100k Pa。根據(jù)理論分析可以得到旋轉(zhuǎn)作用主要會影響凈化氣泡的運動軌跡,而凈化氣泡傳質(zhì)速率的變化趨勢受影響不大;當旋轉(zhuǎn)速率范圍在450 r/min~600 r/min時,最有利于凈化過程進行的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為450 r/min。根據(jù)理論分析可以得到凈化氣體入射流量主要影響凈化氣泡半徑變化情況及凈化氣泡傳質(zhì)速率變化情況;入射氣體流量變化范圍500 ml/min~800 ml/min時,600 ml/min為最優(yōu)氣體入射流量。根據(jù)相似原理,我們可以利用水模擬實驗將以上過程進行模擬,從而對分析結(jié)果進行驗證,得到實驗結(jié)果與數(shù)值分析結(jié)果基本相同,證明本文中的凈化氣泡瞬態(tài)運動傳質(zhì)耦合模型的實用性與可靠性。
【圖文】：

氣液兩相傳質(zhì)示意圖

氣泡受力簡圖
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG292

【參考文獻】

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本文編號：2625738