电磁搅拌半固态浆料制备三维多物理场耦合数值模拟
Numerical Simulation of 3D Coupling of Multi-physics in Preparing Semi-solid Slurry by Electromagnetic Stirring
金属半固态加工技术被认为是一种极具有潜力的短流程、近终形成型技术,具有巨大市场应用前景.电磁搅拌作为制备半固态浆料的一项关键技术,是一个涉及到电磁场、流场和温度场的复杂时变过程,其工艺参数的实际测量非常困难,运用有限元数值模拟进行电磁搅拌参数的分析,为调整电磁搅拌的工艺参数,提供了一种行之有效的手段.该文利用通用有限元分析程序ANSYS对低频旋转型电磁搅拌器内半固态金属浆料在电磁搅拌作用下浆料内的电磁场、流场及其传热过程的多物理场进行了模拟.分析了时变电磁场的分布形态、搅拌器电磁参数对磁感应强度、电磁力的影响以及在电磁力场作用下浆料内的速度场和不同冷却条件下的温度场分布.电磁搅拌器内液态浆料的电磁场分布数值模拟结果表明,电磁搅拌磁感应强度和电磁力均呈三维分布.相同频率下,磁感应强度和电磁力均随着电流的增大而增大,磁感应强度的增大,使搅拌力增大,这有利于浆料的流动搅拌.相同电流强度下,磁感应强度随着频率的增加而减小,但其变化幅度很小,电磁力则随着频率的增加而增大.电磁搅拌作用下半固态浆料速度场的计算显示,电磁力作用下金属液流动亦为三维分布的,浆料内都受到大小变化的径向分力和切向分力,切向分力是形成电磁搅拌的主要原因.由于电磁力具有空间分布,所以浆料受到剪切搅拌作用.搅拌时间不是越长越好,随着温度的降低,温度会降到半固态温度区间以外,此时就不适合搅拌,所以,搅拌时间跟搅拌温度是相互影响的两个参数.搅拌器电流强度和频率的增大均有利于提高搅拌速度.电磁搅拌下半固态浆料温度场的结果表明电磁搅拌使浆料的流动更加剧烈,流层间的这种速度差是决定浆料中的换热条件,同时浆料过热度较快消失,等温区扩大,这都有利于液相内形核与长大.温度梯度的减小,改变了晶核生长条件,使初生相晶粒细小,也加速了枝晶臂的融化,得到细的等轴晶.
- 作者：
- 贾丹
- 学位授予单位：
- 沈阳理工大学
- 专业名称：
- 材料加工工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2009年
- 导师姓名：
- 王承志
- 中图分类号：
- TG249.9
- 关键词：
- 电磁搅拌；ANSYS；数值模拟；电磁场；速度场；温度场
- electromagnetic stirring；ANSYS software；numerical simulation；electromagnetic field；flow field；temperature field