本文關(guān)鍵詞：空心鋼錠凝固過程的溫度場模擬

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【摘要】：近些年我國大力提倡節(jié)能減排,可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,空心鋼錠的應(yīng)用也得到了全方位的關(guān)注。相比實心鋼錠而言,空心鋼錠省去了墩粗、沖孔等機(jī)械加工環(huán)節(jié),材料利用率得到了明顯提高。在實驗室條件下開展空心鋼錠凝固過程溫度場的模擬實驗,探究凝固過程的影響因素,為生產(chǎn)制造高質(zhì)量的空心鋼錠提供重要理論依據(jù)。本文以中小型空心鋼錠凝固過程為研究對象。通過ANSYS模擬軟件對空心鋼錠凝固過程溫度場進(jìn)行模擬,確定合適的冷卻介質(zhì)及其換熱系數(shù)。以模擬凝固過程的溫度場為初期目標(biāo),進(jìn)行了模擬實驗裝置的設(shè)計,并通過模擬空心鋼錠的充型過程進(jìn)行驗證,得到以下結(jié)論:(1)空心鋼錠的澆注模主要由外模、內(nèi)模、沙模及芯子四部分組成。其尺寸為鋼錠內(nèi)模厚20mm,鋼錠外模外徑為1580mm,頂部外模內(nèi)徑為1270mm,底部外模內(nèi)徑為1160mm,沙模厚300mm。芯子主要由芯子內(nèi)模、支撐筋及墊塊三部分組成,支撐筋與內(nèi)模焊接為一體形成環(huán)隙。(2)對充型過程模擬的分析,當(dāng)設(shè)置直澆道內(nèi)徑為100mm、橫澆道內(nèi)徑為100mm、內(nèi)澆道內(nèi)徑為90mm、澆注速度為20.3mm/s等參數(shù)時,鋼液界面的上升速度比較平穩(wěn)并沒有出現(xiàn)噴濺等缺陷,即便是在充型的開始階段也是非常平穩(wěn)。(3)隨著換熱系數(shù)的增大,空心鋼錠的凝固趨勢逐漸趨向于內(nèi)外對稱,最終凝固位置趨于中上部。當(dāng)換熱系數(shù)為170W/(m2k)時最好。(4)環(huán)隙寬度和體積流量共同影響冷卻介質(zhì)的換熱系數(shù)。當(dāng)環(huán)隙寬度一定時,換熱系數(shù)隨體積流量的增大而增大;當(dāng)體積流量一定時,環(huán)隙寬度越小換熱系數(shù)越大。綜合分析當(dāng)環(huán)隙寬度為30mm,壓縮空氣的體積流量為8900m3/h時可以達(dá)到170W/(m2k)的最佳換熱系數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：空心鋼錠 模擬 充型 溫度場
【學(xué)位授予單位】：沈陽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG244.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 課題研究背景及意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外空心鋼錠制造技術(shù)研究現(xiàn)狀11-16
• 1.3 國內(nèi)外凝固過程數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀16-19
• 1.4 本課題的研究內(nèi)容19-21
• 第2章 實驗材料及方案設(shè)計21-31
• 2.1 實驗材料21
• 2.2 工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計21-25
• 2.2.1 澆注模結(jié)構(gòu)設(shè)計21-23
• 2.2.2 芯子的設(shè)計23-24
• 2.2.3 冷卻方式的設(shè)計24-25
• 2.3 澆注工藝設(shè)計25-27
• 2.3.1 澆注系統(tǒng)的類型和特點25-26
• 2.3.2 澆注過程參數(shù)26-27
• 2.3.3 澆注工藝流程27
• 2.4 保溫材料的選擇27-28
• 2.5 模擬軟件的選擇28-31
• 第3章 空心鋼錠充型過程模擬31-41
• 3.1 基于ANSYS中FLUENT模塊鑄件充型模擬理論分析31-35
• 3.2 充型過程模擬的技術(shù)路線35
• 3.3 網(wǎng)格劃分35-37
• 3.4 定解條件37
• 3.4.1 邊界條件37
• 3.4.2 初始條件37
• 3.5 模擬結(jié)果分析37-41
• 第4章 空心鋼錠凝固過程溫度場模擬41-61
• 4.1 基于ANSYS中熱模塊溫度場模擬理論分析41-43
• 4.1.1 ANSYS熱分析有限元法模擬的基礎(chǔ)理論41-42
• 4.1.2 熱力學(xué)理論分析42-43
• 4.2 凝固過程溫度場模擬的技術(shù)路線43
• 4.3 材料屬性43-46
• 4.3.1 材料的密度44
• 4.3.2 材料的比熱44-45
• 4.3.3 材料的導(dǎo)熱系數(shù)45-46
• 4.4 實體模型的建立及網(wǎng)格劃分46-48
• 4.5 邊界條件及其初始條件48-49
• 4.5.1 初始條件48
• 4.5.2 邊界條件48-49
• 4.6 空心鋼錠凝固過程的溫度場模擬49-54
• 4.7 芯子結(jié)構(gòu)和冷卻氣體對換熱系數(shù)的影響54-61
• 4.7.1 換熱系數(shù)的理論推導(dǎo)54-55
• 4.7.2 體積流量的影響55-57
• 4.7.3 環(huán)隙寬度的影響57-59
• 4.7.4 小結(jié)59-61
• 第5章 結(jié)論61-63
• 參考文獻(xiàn)63-65
• 致謝65-66

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：834253