ZL102凝固过程瞬态温度场的模拟与验证
ZL102凝固过程瞬态温度场的模拟与验证
铸造过程数值模拟技术正逐渐成为铸造工艺设计 和优化的主要工具， 而凝固过程温度场的数值模拟是
１ 凝固过程数值模拟数学模型
其核心内容之一， 是预测缩孔、缩松、热裂和宏观偏 析等铸造缺陷 的基础［１－２］。自２０世纪６０年代以 来， 各国 学者围绕材料参数、初始条件、边界条件和结晶潜热 的处理方法， 各种数值算法的具体实现等问题， 对凝 固过程温度场的数值模拟开展了一 系列研究［３－７］。对于 凝固过程温度场的数值模拟， 目前的研究重点是如何 进 一 步 提 高 模 拟 精 度 和 计 算 效 率［８］。 笔 者 针 对 一 具 体 砂 型铸造工艺方案， 利用有限单元法进行凝固过程温度 场的数值模拟。模拟过程充分考虑材料和边界条件等 模拟参数的非线性特征， 采用等价比热容法处理结晶 潜热。同时， 对该铸造工艺进行测温实验， 测温曲线
开始浇注时， 砂型的初始温度为３０．０ ℃， ＺＬ１０２的 浇注温度为６８０．０ ℃， 三个热电偶的测量温度 （ 分别用 ＴＣ１Ｍ、ＴＣ２Ｍ和ＴＣ３Ｍ表示） 曲线如图２所示。
３ 温度场的数值模拟
３．１ 数值模拟已知条件 为保证模拟精度， 充分考虑了材料参数的非线性
特征， ＺＬ１０２和干砂型的密度、导热系数和比热容均随 温度变化， 具体数值如表１所示。ＺＬ１０２的固相线温度 为Ｔｓ＝５７４．０ ℃， 液相线温度为ＴＬ＝５８０．０ ℃， 结晶潜热为 Ｌ＝４８０．０ ｋＪ／ｋｇ。另 外 ， 砂 型 表 面 与 外 界 空 气 的 对 流 换 热系数为１５．０ Ｗ／ｍ２Ｋ。
ｃｐｅ＝ｃｐ－
Ｌ
"ｆｓ "Ｔ
（ ７）
若结晶潜热在凝固区间均匀释放， 则固相率ｆ（ｓ Ｔ） 与 温度Ｔ的关系满足式 （ ６） ， 此时等价比热容的表达式为：
空气源热泵结霜特性的数值模拟与实验验证
文章编号：CAR198空气源热泵结霜特性的数值模拟与实验验证赵 阳 郭宪民 王成生（天津商业大学天津市制冷技术重点实验室，天津300134）摘 要对结霜工况下空气源热泵系统动态性能进行了数值模拟和实验研究，分析比较了不同结霜工况条件下空气源热泵空调器的动态性能、循环参数、蒸发器结霜量及结霜厚度。
实验数据与数值预测结果的比较表明，在结霜循环后期，蒸发器表面霜层厚度快速生长，数值模拟结果与实验结果的变化趋势是一致的。
热泵系统动态性能及循环参数的数值模拟与实验结果在霜层匀速生长段符合度较好，验证了数值模拟的合理性。
而在结霜循环后期，霜层快速生长，热泵机组性能数值模拟结果出现了较大误差，其主要原因是，在霜层生长模型中未考虑霜晶形态变化的影响。
关键词空气源热泵 结霜工况 数值模拟NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL VERIFICATION ON FROSTING CONDITION PERFORMANCE OF AIR SOURCE HEATPUMPZhao Yang Guo Xianmin Wang Chengsheng(Tianjin University of Commerce, Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology, Tianjin 300134) Abstract The dynamic performances of an air source heat pump (ASHP) system under frosting conditions were simulated. A series of experiments were conducted to verify the present simulation model. The dynamic performance and cycle parameters of the ASHP system under frosting conditions, the frost thickness and the frost mass accumulation on the outdoor coils were analyzed and compared. The comparison between the experimental and simulated results indicates that the frost thickness on the surface of evaporator grows rapidly at the end of the frosting cycle. And the simulated frost thickness is agreement with the experimental data. The simulated results and cycle parameters of the dynamic performances are compared favorably with the experimental data at the second frosting stage. The numerical simulation is verified to be reasonable. With the rapid growth of the frost thickness at the end of the frosting cycle, numerical simulation of the ASHP results in a larger error which is because of the change of frosting shape which is not taken into account in the simulation model.Keywords Air source heat pump Frosting condition Numerical simulation自20世纪8O年代至今，房间空调器和单元式空调器的热泵使用率就已近70%并逐年提高；但是，空气源热泵冬季运行时，外界气温降低，空气中湿度相对比较大，当室外换热器表面温度低于周围空气的露点温度且低于0℃时，安装在室外机组的热交换器会产生结霜[1]。
CPL冷凝单管液体段瞬态温度场解析解
CPL冷凝单管液体段瞬态温度场解析解
卢文强
【期刊名称】《工程热物理学报》
【年(卷),期】1996(0)S1
【摘要】ＣＰＬ冷凝单管液体段瞬态温度场解析解卢文强（中国科学院研究生院力学与工程热物理教研室北京１０００３９）关键词ＣＰＬ冷凝单管，温度场解析解１导言ＣＰＬ（毛细泵两相流回路）是一种新型的微重力热管，为了确保ＣＰＬ在空间正常运行，一个重要的问题是防止冷凝器中...
【总页数】4页(P183-186)
【关键词】CPL冷凝单管;温度场解析解
【作者】卢文强
【作者单位】中国科学院研究生院力学与工程热物理教研室
【正文语种】中文
【中图分类】TK124
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SiCp_ZL102复合材料液态模锻的研究
锻压技术 2001年 第6期SiC p/Z L102复合材料液态模锻的研究哈尔滨工业大学威海分校(264209) 韩 飞3陕西工学院 解念锁 王永善 摘要 采用机械搅拌法液态模锻成形工艺,制取了5%SiC 颗粒增强铸铝基复合材料。
研究了比压对其抗拉强度、塑性和硬度的影响,并分析了其显微组织和力学性能。
关键词 复合材料 液态模锻 力学性能3男,39岁,副教授收稿日期:2000211229一、引言颗粒增强铝基复合材料率先在航空、航天和核能等高新技术领域内应用,在民用工业中的应用也日益增多。
由于SiC p 价格便宜、易于获得,而且它的弹性模量、密度、膨胀系数,与铝合金的相容性等易满足要求,因此人们对它进行了大量研究。
SiC p 增强铝基复合材料在基础理论、制备工艺、性能水平等方面已有较多的研究[1～8],但SiC p 增强Z L102复合材料的液态模锻研究尚未见报道。
本文以工业上常用的Z L102作为基体,SiC p 为增强相,将经过预处理的SiC p 加入到铸铝合金液体中加以搅拌。
将混合均匀的液态复合浆料,浇入模具中,使液态复合浆料在较高的机械压力下凝固成形,制备出组织致密、性能高的复合材料,研究了不同比压对抗拉强度、塑性和硬度的影响,分析了其显微组织和力学性能,为碳化硅增强铸铝基复合材料的生产应用提供参考。
二、试验方法11原材料基体材料采用某厂生产用的Z L102合金,增强体材料为市售SiC p 磨料,名义尺寸为20μm 。
21SiCp 预处理将SiC p 放在高温箱式电阻炉中,升温到500℃,保温1h ,去除表面油污、气体等,然后升温到800℃,保温3h ,进行表面氧化处理。
31Z L102合金熔炼和复合浆料搅拌将Z L102锭块放入电阻坩锅炉中,加热熔化,在580℃,将自制搅拌器夹持在钻床夹头上,将搅拌器沉入液态合金中,搅拌速度为480r/min ,将经过预处理的5%SiC p ,由炉盖小孔加入液态合金中,搅拌20min ,升温至620℃待浇注。
基于瞬态平面热源法测定SiO_2气凝胶导热系数的试验
基于瞬态平面热源法测定SiO_2气凝胶导热系数的试验戴健彪;桂晓丽
【期刊名称】《科技视界》
【年(卷),期】2024(14)3
【摘要】阐述基于瞬态平面热源法的Hot Disk热常数分析仪的测试原理,利用测试标准304不锈钢对仪器准确性及重复性进行了验证,同时研究了不同孔隙率SiO_2气凝胶的导热系数随温度和压力变化的特点。
结果表明:Hot Disk热常数分析仪在测试SiO_2气凝胶导热系数方面具有优异的准确性和重复性;在相同的温度和压力下,SiO_2气凝胶的导热系数随着孔隙率增大而变小;当环境压力小于
5×10~3 Pa时,导热系数随环境压力改变而变化不明显,当环境压力大于5×10~3 Pa,导热系数随环境压力升高而变化较大;当环境温度在100~500℃范围内,SiO_2气凝胶的导热系数随环境温度升高而略微变大,当环境温度继续升高时,导热系数随环境温度升高而迅速增大。
【总页数】3页(P63-65)
【作者】戴健彪;桂晓丽
【作者单位】陕西俊创能源科技有限公司;西安交通大学科技与教育发展研究院【正文语种】中文
【中图分类】TB3
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1.编制《建筑用材料导热系数和热扩散系数瞬态平面热源测试法》的试验及验证
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zl102-rs-t2热处理工艺
zl102-rs-t2热处理工艺热处理工艺是一种通过控制金属材料的温度和时间来改变其结构和性能的工艺。
在工业生产中，热处理工艺被广泛应用于各种金属材料的制造过程中，能够提高材料的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，从而扩大其应用范围。
本文将介绍zl102-rs-t2铝合金的热处理工艺。
zl102-rs-t2铝合金是一种常用的铝合金材料，具有良好的加工性能和机械性能，在航空航天、汽车制造和机械制造等领域有着广泛的应用。
在使用过程中，为了提高其强度和硬度，通常需要对其进行热处理。
下面将介绍zl102-rs-t2铝合金的热处理工艺。
zl102-rs-t2铝合金的热处理工艺分为固溶处理和时效处理两个阶段。
固溶处理是通过加热将合金中的固溶体溶解，然后通过快速冷却使固溶体冷却成固溶体溶液，从而使晶粒细化和降低合金的强度。
时效处理是在固溶处理后，通过将合金加热到一定温度保温一段时间，使析出溶质原子在晶界和位错周围形成固溶体，并在位错周围形成析出相，从而提高合金的强度和硬度。
首先是固溶处理阶段。
zl102-rs-t2铝合金的固溶处理通常在480-520℃的温度下进行，时间为2-4小时。
在这个温度范围内，合金中的固溶体能够充分溶解，从而提高固溶体溶液的溶解度。
固溶处理后，通过快速冷却，合金中的固溶体溶液将形成固溶体溶液，并在晶界和位错周围析出一些析出相，从而使合金的硬度得到提高。
接下来是时效处理阶段。
在固溶处理后，zl102-rs-t2铝合金需要进行时效处理。
时效处理的温度通常在150-180℃之间，时间为6-10小时。
在这个温度范围内，合金中的析出相将发生沉淀，从而提高合金的强度和硬度。
时效处理过程中，应控制好温度和时间，以保证合金能够获得最佳的强度和硬度。
通过以上的固溶处理和时效处理，zl102-rs-t2铝合金的性能得到了显著的改善。
合金的强度和硬度得到了提高，同时具有良好的耐热性和耐腐蚀性，从而扩大了其在航空航天、汽车制造和机械制造等领域的应用范围。
真空多层绝热性能测试装置及初步实验验证
强 度 、 量 和绝热 性 能等 多 参 数 最优 配 置 水 平 ， 至 重 甚 可能无 法胜 任应 用 条件 。变密 度 多 层 绝热 是 一 种 有
潜力 的改进 技术 。
虑近 地轨道 推进 剂长 期存储 技术 时 ， 由于存 在现 成 的
Ｋ ｅ ｒ ｓ： ａ ｉｂ ｅ ｄ ｎｓｔ ｖ ｃ ｍｅ ｌｉ ｙ ｒｉ ｓ ｌｔｏ ｌｙ ｒｄ ｓｒｂｕ ｉｎ； ｒ ｏ ｅ ｃ ｖ ｓ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ｖ ｒａ ｌ ｅ ｉｙ； ａ ｕｕ ｄ ｍｕ ｔｌ ｅ ｎ ｕ ａｉｎ；ａ ｅ ｉｔｉ ｔ ａ ｏ ｃｙ ｇ ｎｉ ｅ ｓ ｌ
ｏ ａ ｉｕｓｐ ｓｔｏ ｌｎ ｈ ｅ ｈ ｏ ｈｅ ｍ ｕ ｉａ ｅ ｔｒａ ｓ ｓｕｄｅ ｆ ｒｔ ｅ ｔｃ ａ ｂ ｒ ｗａ ｌｅ ｆｖ ｒｏ ｏ ｉ ｎｓａ ｏ ｇ ｔ ｅ ｄ ｐｔ ｆｔ ｈ ｌｙ ｒｍａ ｅ ｉｌｗａ ｔ ｉｄ ａｔ ｈｅ ｔｓ ｈ ｍ ｅ ｓ ｆ ｌ ｄ ｉ ｅ ｉ ｗｉ ｉ ｕ ｄ ｎｔｏ ｅ ｔ ｌｑ ｉ ｉ ｇ ｎ． Ｆ ｒｈｅ ｍｏ ｅ，ａ ｃ ｎｒ ｓ ｅｗｅ ｎ ｔ ｅ ｅ ｐｅ ｉ ｎ ａ ｔ ａ ｙ ｓａｅ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｅ ｐ ｏｉｅ ａ ｄ ｈ ｒ ｕｔ ｒ ｒ ｏ ｔａ ｔｂ ｔ ｅ ｈ ｘ ｒｍｅ ｔ ｌｓｅ ｄ ｔ ｔ ｅ ｅ ａｕｒ ｒ ｆｌ ｎ ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ａ ｒ ｆｌ ｓ ｃ ｒｉ ｄ ｏ ｔｔ ｈｅ ｋ ｔ ｅ ｓ ｎ ｂ ｅ ｏ ａ ｅ ｙ ｌｙ ｒｍ ｏ ｅ ． ｈ ｎ ｌｔｃ ｌｐ ｏ ｅ ｗａ ａ ｒｅ ｕ ｏ ｃ ｃ ｈｅ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ｆｌｙ ｒｂ ａ ｅ ｄ １ ｉ
究变 密度 多层绝 热 材 料 的特 性 规 律 。 以 内密外 疏 的 层 密度分 布方 式为 例 ， 实验 研究 了绝 热层 内的温 度分
微分方程在材料学科研究中的应用论文
微分方程在材料学科研究中的应用论文【摘要】微分方程是一项有效的数学工具，在材料科学研究中得到了广泛的应用。
本文综述了微分方程在研究材料力学性能、物理性能、热传导和质量传输方面的应用。
【关键词】微分方程材料学科应用微分方程指含有自变量、自变量的函数及其导数的等式，是常微分方程和偏微分方程的总称。
20世纪以来，随着大量边缘科学的产生和开展，也出现不少新型的微分方程。
20世纪70年代随着数学向化学和生物学的渗透，出现了大量的反响扩散方程。
常微分方程的解会含有一个或多个任意常数，其个数就是方程的阶数。
偏微分方程的解会含有一个或多个任意函数，其个数随方程的阶数而定。
微分方程在物理学、力学中的重要应用，不在于求方程的任一解，而是求得满足某些补充条件的解，称为求解定解问题。
随着微分方程的开展和在各学科研究中的应用，微分方程也逐渐应用于材料科学的研究。
本文综述了微分方程在研究材料的力学性能、物理性能、热传导和质量传输方面的应用情况。
王秀芬利用微分方程模型对温控材料受力弯曲变形进展了研究。
结合数学建模思想及材料力学相关知识对温控设备受力时发生弯曲变化情况，通过实例建立微分方程模型，通过对模型的分析研究寻求温控设备能自动调节温度的最正确规律。
她利用求解细杆弯曲变形的问题时常建立挠曲轴近似微分方程然后求解，带入条件后推导出模型。
通过对模型的分析她发现，当细杆发生弯曲时，弹簧与钢臂的夹角不为90°，且弹簧的长度相对于未发生变形时发生变化，因此她结合条件后改良了模型。
通过计算结果发现，相对误差很小，实际值与计算值吻合程度很高，模型相当准确，可用于准确求解细杆的弯曲情况。
金伟良利用微分方程。
研究了锈蚀钢筋混凝土梁受弯承载力计算模型。
综合考虑锈蚀钢筋混凝土梁中材料性能的退化和钢筋与混凝土黏结性能的退化，根据梁截面平衡方程和钢筋与混凝土的变形协调方程建立梁中受拉钢筋轴力微分方程，给出了微分方程的滑移边界条件和钢筋轴力连续边界条件，定义梁弯曲破坏的两种极限状态：混凝土压碎和钢筋屈服，通过计算推导出钢筋轴力微分方程通过研究发现，模型计算结果与试验结果吻合很好，说明本模型的计算结果是可靠的，可以将本模型的计算结果运用到实际的工程之中，为混凝土构造耐久性评估提供了理论根底。
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４００．０
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干砂型 １．０
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０．７３
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９９０．０
５２７．０
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０．５９
１ ０７０．０
作为边界条件的铸件与铸型间界面换热系数， 通 过 采 用 文 献［９］介 绍 的 Ｔｉｋｈｏｎｏｖ正 则 化 方 法 求 解 热 传 导 反 问题来确定。通过热传导反算法确定的界面换热系数 的表达式为：
ｓ ｉｍｕｌａ ｔｉｏｎ
铸造过程数值模拟技术正逐渐成为铸造工艺设计 和优化的主要工具， 而凝固过程温度场的数值模拟是
１ 凝固过程数值模拟数学模型
其核心内容之一， 是预测缩孔、缩松、热裂和宏观偏 析等铸造缺陷 的基础［１－２］。自２０世纪６０年代以 来， 各国 学者围绕材料参数、初始条件、边界条件和结晶潜热 的处理方法， 各种数值算法的具体实现等问题， 对凝 固过程温度场的数值模拟开展了一 系列研究［３－７］。对于 凝固过程温度场的数值模拟， 目前的研究重点是如何 进 一 步 提 高 模 拟 精 度 和 计 算 效 率［８］。 笔 者 针 对 一 具 体 砂 型铸造工艺方案， 利用有限单元法进行凝固过程温度 场的数值模拟。模拟过程充分考虑材料和边界条件等 模拟参数的非线性特征， 采用等价比热容法处理结晶 潜热。同时， 对该铸造工艺进行测温实验， 测温曲线
铸造凝固过程瞬态温度场的数值模拟就是求解
Ｆｏｕｒｉｅｒ导热微分方程， 数学模型见式 （ １） ［２］。
! " ! " ! " !ｃｐ
""Ｔｔ ＝
" "ｘ
#
"Ｔ "ｘ
＋
" "ｙ
$
%Ｔ "ｙ
＋
" "ｚ
$
"Ｔ "ｚ
＋Ｑ
（ １）
式 中 ， !、$、ｃｐ分 别 为 材 料 的 密 度 、 导 热 系 数 和 比 热 容， Ｑ为内热源。求解Ｆｏｕｒｉｅｒ导热微分方程的定解条件
Ｓ ｈａ ｎｇｈａ ｉ ２０００３０， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓ ｔｒａ ｃｔ： Ｔｈｅ ｔｒａ ｎｓ ｉｅ ｎｔ ｔｅ ｍｐｅ ｒａ ｔｕｒｅ ｆｉｅ ｌｄ ｗａ ｓ ｓ ｏｌｖｅ ｄ ｔｏ ｔｈｅ ＺＬ１０２ ｓ ｏｌｉｄｉｆｉｃａ ｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅ ｓ ｓ ｂｙ ｕｓ ｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ ｅ ｌｅ ｍｅ ｎｔ ｍｅ ｔｈｏｄ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒｉｅ ｒ ｈｅ ａ ｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｄｉｆｆｅ ｒｅ ｎｔｉａ ｌ ｅ ｑｕａ ｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅ ａ ｒ ｆｅ ａ ｔｕｒｅ ｏｆ ｍａ ｔｅ ｒｉａ ｌ ｐｒｏｐｅ ｒｔｉｅ ｓ ａ ｎｄ ｂｏｕｎｄａ ｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｅ ｒｅ ｃｏｎｓ ｉｄｅ ｒｅ ｄ， ａ ｎｄ ｔｈｅ ｅ ｑｕｉｖａ ｌｅ ｎｔ ｓ ｐｅ ｃｉｆｉｃ ｈｅ ａ ｔ ｍｅ ｔｈｏｄ ｗａ ｓ ａ ｄｏｐｔｅ ｄ ｔｏ ｔｒｅ ａ ｔ ｔｈｅ ｌａ ｔｅ ｎｔ ｈｅ ａ ｔ． Ｔｈｅ ｔｅ ｍｐｅ ｒａ ｔｕｒｅ ｗａ ｓ ｍｅ ａ ｓ ｕｒｅ ｄ ａ ｎｄ ｔｈｅ ｔｅ ｍｐｅ ｒａ ｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ ｓ ｗｅ ｒｅ ａ ｃｑｕｉｒｅ ｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃａ ｓ ｔｉｎｇ， ｃｏｒｅ ａ ｎｄ ｓ ａ ｎｄ ｍｏｌｄ． Ｔｈｅ ｍｅ ａ ｓ ｕｒｅ ｍｅ ｎｔ ｔｅ ｍｐｅ ｒａ ｔｕｒｅ ｗａ ｓ ｂａ ｓ ｉｃａ ｌｌｙ ｉｄｅ ｎｔｉｃａ ｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅ ｓ ｐｏｎｄｉｎｇ ｃａ ｌｃｕｌａ ｔｅ ｄ ｏｎｅ ． Ｔｈｅ ｅ ｒｒｏｒ ｂｅ ｔｗｅ ｅ ｎ ｔｈｅ ｍｅ ａ ｓ ｕｒｅ ｍｅ ｎｔ ｔｅ ｍｐｅ ｒａ ｔｕｒｅ ａ ｎｄ ｔｈｅ ｃａ ｌｃｕｌａ ｔｅ ｄ ｏｎｅ ｗａ ｓ ａ ｎａ ｌｙｚｅ ｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｖｉｅ ｗｐｏｉｎｔ ｏｎ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｍｅ ａ ｓ ｕｒｅ ｍｅ ｎｔ ｅ ｒｒｏｒ ａ ｎｄ ｔｈｅ ｓ ｉｍｕｌａ ｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｌ． Ｍｏｒｅ ｏｖｅ ｒ， ｓ ｏｍｅ ｍｅ ａ ｓ ｕｒｅ ｓ ｗｅ ｒｅ ｐｒｏｐｏｓ ｅ ｄ ｏｎ ｄｅ ｃｒｅ ａ ｓ ｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅ ａ ｓ ｕｒｅ ｍｅ ｎｔ ｅ ｒｒｏｒ ａ ｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｓ ｉｍｕｌａ ｔｉｏｎ ａ ｃｃｕｒａ ｃｙ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒｄｓ ： ａ ｌｕｍｉｎｕｍ ａ ｌｌｏｙ； ｓ ｏｌｉｄｉｆｉｃａ ｔｉｏｎ； ｔｅ ｍｐｅ ｒａ ｔｕｒｅ ｆｉｅ ｌｄ； ｆｉｎｉｔｅ ｅ ｌｅ ｍｅ ｎｔ ｍｅ ｔｈｏｄ； ｎｕｍｅ ｒｉｃａ ｌ
收稿日期： ２００８－ ０１－ ０８收到初稿， ２００８－ ０３－ １１收到修订稿。
作者简介： 隋大山 （ １９７２－） ， 男， 山东蓬莱人， 博士研究生， 讲师， 主要研究方向为材料加工过程ＣＡＤ／ＣＡＥ和优化设计等。
电话： ０２１－６２８１３４３０－８０２９， Ｅ－ｍａｉｌ： ｄａｓｕｉ＠ｓｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
ｃｐｅ＝ｃｐ－
Ｌ
"ｆｓ "Ｔ
（ ７）
若结晶潜热在凝固区间均匀释放， 则固相率ｆ（ｓ Ｔ） 与 温度Ｔ的关系满足式 （ ６） ， 此时等价比热容的表达式为：
ｃｐｅ＝ｃｐ＋（
Ｌ ＴＬ－ Ｔｓ）
（ ８）
则方程 （ ５） 变为：
! " !ｃｐｅ
"Ｔ＝$ "ｔ
%２Ｔ ｙ２
＋
"２Ｔ "ｚ２
（ ９）
为进一步了解每个测温点位置的计算温度与测量温
度 的 偏 离 情 况 ， 设 温 度 偏 差 !Ｔｉｊ＝ＴｉｊＣ－ ＴｉｊＭ （ ｉ＝１， ２， ３， 代表测温位置； ｊ＝１， ２， ３， …， 代表时间） ， ＴｉｊＣ为计算 温度， ＴｉｊＭ为测量温度， 则各点的偏差曲线如图７所示。 从总体看， ＴＣ１点的偏差值波动范围为－ ８．９ ℃￣９．９ ℃；
#$
· ６７４ ·
铸造
ＦＯＵＮＤＲＹ
Ｊ ｕｌ． ２００８ Ｖｏｌ．５７ Ｎｏ．７
#$
######$ 计算机应用
ＺＬ１０２凝固过程瞬态温度场的模拟与验证
######$
隋大山， 崔振山 （ 上海交通大学国家模具ＣＡＤ工程研究中心， 上海 ２０００３０）
摘要： 在Ｆｏｕｒｉｅｒ导热微分方程基础上， 充分考虑材料和边界条件等参数的非线性特征， 采用等价比热容法处理结晶潜
开始浇注时， 砂型的初始温度为３０．０ ℃， ＺＬ１０２的 浇注温度为６８０．０ ℃， 三个热电偶的测量温度 （ 分别用 ＴＣ１Ｍ、ＴＣ２Ｍ和ＴＣ３Ｍ表示） 曲线如图２所示。
３ 温度场的数值模拟
３．１ 数值模拟已知条件 为保证模拟精度， 充分考虑了材料参数的非线性
特征， ＺＬ１０２和干砂型的密度、导热系数和比热容均随 温度变化， 具体数值如表１所示。ＺＬ１０２的固相线温度 为Ｔｓ＝５７４．０ ℃， 液相线温度为ＴＬ＝５８０．０ ℃， 结晶潜热为 Ｌ＝４８０．０ ｋＪ／ｋｇ。另 外 ， 砂 型 表 面 与 外 界 空 气 的 对 流 换 热系数为１５．０ Ｗ／ｍ２Ｋ。
三个热电偶位置对应的计算温度 （ 分别用ＴＣ１Ｃ、ＴＣ２Ｃ
和ＴＣ３Ｃ表示） 曲线如图３所示。
Ｊ ｕｌ． ２００８ Ｖｏｌ．５７ Ｎｏ．７
４ 模拟结果及分析
根据图２和图３， 将每个热电偶位置的测量温度曲 线和计算温度曲线放在同一坐标系内， 如图４、图５和 图６所示。ＴＣ１点位于型芯内， 由图４知， 该点的测量温 度 曲 线 与 计 算 温 度 曲 线 基 本 重 合 。 ＴＣ２ 点 位 于 铸 件 内 ， 由图５知， 该点的测量温度曲线与计算温度曲线也基本 重合。ＴＣ３点位于砂型内， 由图６知， 该点 的测量温度 曲线与计算温度曲线在初始的上升段基本吻合， 但在 随后的下降段存在明显的偏离。
综合以上方程， 按正常的瞬态导热微分方程的处
理方法， 即可实现对该方程的数值求解， 求得凝固过
程铸件与铸型内的瞬态温度场。笔者采用有限单元法，
在通用ＣＡＥ软件ＡＢＡＱＵＳ平台上经二次开发以求 解铸
件和铸型内的瞬态温度场。
２ 具体工艺方案和测温实验
该铸造工艺采用三箱造型， 铸件材料为ＺＬ１０２， 铸 型为石英干砂型， 铸造工艺示意图及结构尺寸如图１所 示。图中的ＴＣ１、ＴＣ２和ＴＣ３为定义的３个热电偶位置， 以 剖面图中Ｏ点为坐标原点， 水平方向为ｘ轴， 垂直方向为 ｙ轴 ， 这 三 个 热 电 偶 的 坐 标 分 别 为 ＴＣ１ （ ３０．０， ６０．０） 、 ＴＣ２ （ ６５．０， ６０．０） 和ＴＣ３ （ ９８．０， ６０．０） ， 采用Ｋ型热电 偶分别测量三个位置的温度变化曲线， 测温数据每隔 ０．２２５ ｓ记录一次， Ｋ型热电偶的公差等级为二级， 时间常 数约为４５ ｍｓ。
还包括初始条件和边界条件。其中， 初始条件为：
Ｔ（ ｘ， ｙ， ｚ， ｔ） ｜ｔ＝０＝Ｔ０
（ ２）
式中， Ｔ０为初始温度。第三类边界条件为：
－ $ "Ｔ ＝ｈ（ "ｎ ｓ
Ｔ１－ Ｔ２）
（ ３）
与相应的模拟温度曲线基本吻合， 并对温度偏差的产 生原因进行分析。
式中， Ｔ１和Ｔ２分别为铸件和 铸型在界面接触处的 温度， ｈ为铸件与铸型间的界面换热系数。
ｆ（ｓ
Ｔ）
＝ ＴＬ－ Ｔ ＴＬ－ Ｔｓ
（ ６）
对于结晶潜热的处理， 常用的方法有等价比热容法、
温 度 回 升 法 和 热 焓 法 等［２］。 笔 者 采 用 等 价 比 热 容 法 处 理