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《電磁場作用下定向凝固過程流動、傳熱、傳質(zhì)的耦合數(shù)值模擬》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、摘要電磁場理論應用于定向凝固技術是材料制備的新方法，可以根據(jù)實際需要調(diào)整外加電磁場的大小，來控制所需的凝固組織。實驗研究此過程的傳輸現(xiàn)象很困難，采用數(shù)值模擬方法分析電磁場作用下定向凝固過程的流動、傳熱和傳質(zhì)與影響因素具有理論和實際意義。本文在研究電磁場的分布規(guī)律和普通定向凝固過程傳輸現(xiàn)象的基礎上，基于描述合金凝固過程中動量、能量、溶質(zhì)等傳輸過程的連續(xù)模型，建立了描述電磁場作用下多元合金凝固過程傳輸行為的數(shù)學模型，依據(jù)偽二元思想，模型給出了液相線溫度與固相分數(shù)及液相多元溶質(zhì)濃度的耦合關系式，開發(fā)了相應的模擬程序。研究了電磁參數(shù)和工藝參數(shù)對Ni．5
2、．8％A1．15．2％Ta鎳基高溫合金定向凝固過程的物理場影響規(guī)律和機制。首先，利用Maxwell．3D和ePhysics軟件分別對電磁場和感應熱進行計算。隨著電流頻率的增加，樣件上磁感應強度、感應渦流和電磁力都減小，但不成J下比變化：隨著電流強度的增強，樣件上磁感應強度和渦流都增大，基本呈現(xiàn)『F比變化趨勢，電磁力也明顯增大；同時在計算條件不變情況下，穩(wěn)定后石墨套表面溫度恒定不變。其次，研究了普通定向凝固過程，得到凝固界面前沿附近熱．溶質(zhì)雙擴散對流引起的密度倒置，是誘發(fā)普通定向凝固通道偏析的主要原因；富集溶質(zhì)從糊狀區(qū)流向液相區(qū)，通道周圍局部流動
3、可以通過糊狀區(qū)從液相區(qū)補充通道中的流動；樣件中心通道流不能穩(wěn)定存在，麗兩側的通道流形成于整個凝固過程。最后，利用自編程序耦合計算電磁場作用下定向凝固過程。結果表明：隨著電流頻率的減小，液相流動增大，最終宏觀偏析有所減弱；電流強度的改變對凝固過程溫度場影響明顯，較大的電流強度，造成的熱影響區(qū)較大，界面溫度梯度增加，流動增強，樣件的宏觀組織細化；在計算的抽拉速度范圍內(nèi)，隨著拉速的降低，固一液界面前沿的溫度梯度有一定提高，糊狀區(qū)寬度減少，而偏析有所增大。和普通定向凝固過程相比電磁場的作用明顯的減d,-f樣件的宏觀偏析，且溫度場等值線的分布存在明顯差異
4、。關鍵詞：電磁場，定向凝固，數(shù)值模擬，多元合金，宏觀偏析ABSTRACTTheoryofelectromagneticfieldappliedtodirectionalsolidificationtechnologyisapromisingwaytomanufacturenewmaterial，intensityofelectromagneticfieldcanbeadjustedaccordingtopracticalneedtoformwhatwewant．Becauseofdifficultiesinexperimentallyinves
5、tigatingthetransportationphenomenon，usingnumericalsimulationmethodtoanalyzefluidflow,heatandsolutedistributionindirectionalsolidificationwithelectromagneticfieldissignificantbothintheoryandpractice．Themathematicalmodel，basedonthecontinuumformulationandthestudyofelectromagnet
6、iccharacteristicandconventionaldirectionalsolidification，isbuilttoevaluatemomentum．heatandmasstransfersduringdirectionalsolidification、vithelectromagneticfield．Asetofexpressionscouplingliquidusandsolidfractionwithmulticomponentconcentrationswasdeterminedbasedonthepseudobinar
7、yapproach．ThenthecorrespondingsimulationprogramwasdevelopedtoanalyzeNi一5．8％A1一l5．2Taalloysolidificationtransportationmechanismandtheinfluencingfactorswiththechangeofelectromagneticparametersandtechnicalparameters．Firstly,calculationresultofMaxwell一3DandePhysicssoftwareindica
8、tethat，withthecurrentfrequencyincreasedinthesample，theintensityofmagneticin
