凝固過程的傳熱

第一節(jié)

凝固過程的傳熱特點第二節(jié)非金屬型鑄造的凝固傳熱第三節(jié)

非金屬型鑄造的凝固傳熱第一章

凝固過程的傳熱第一節(jié)

凝固過程的傳熱特點合金從液態(tài)轉變成固態(tài)的過程，稱為一次結晶或凝固。一次結晶和“凝固”這兩個術語雖然指的是同一個狀態(tài)變化過程，但它們的含意是有區(qū)別的。一次結晶是從物理化學觀點出發(fā)，研究液態(tài)金屬的生核、長大、結晶組織的形成規(guī)律。凝固則是從傳熱學觀點出發(fā)，研究鑄件和鑄型的傳熱過程、鑄件斷面上凝固區(qū)域的變化規(guī)律、凝固方式與鑄件質量的關系、凝固缺陷形成機制等。凝固過程的傳熱特點：“一熱、二遷、三傳”“一熱”指熱量的傳輸是第一重要；“二遷”指存在兩個界面，即固－液相間界面和金屬－鑄型間界面?！叭齻鳌眲恿總鬏?、質量傳輸和熱量傳輸的三傳耦合的三維熱物理過程。凝固過程的傳熱方式：導熱：——傅里葉第一定律

——傅里葉第二定律輻射：對流：1）物理條件（物性參數），2）幾何條件（凝固系統(tǒng)幾何形狀）3）時間條件（初始條件），4）空間條件（邊界條件）λ導熱系數a=λ/ρcp

熱擴散系數Tc

環(huán)境溫度T,c

鑄件溫度典型金屬凝固過程的主要傳熱方式：K----導熱C---對流R----輻射N---牛頓換熱

固液相界面：（1）凝固界面——移動的熱源；（2）固液相面凹凸不平或為枝晶狀；（3）凝固區(qū)，存在著傳熱與傳質的偶合問題；（4）鑄件的收縮形成的間隙；金屬—鑄型界面：

1）界面熱阻，不完全接觸；

2）界面間隙，金屬收縮與鑄型膨脹。

非金屬相對澆鑄其中的金屬有很小的熱導系數，金屬凝固速度主要決定于鑄型的傳熱性能；鑄型外表面溫度變化不大，可認為鑄型是半無限大的。第二節(jié)非金屬型鑄造的凝固傳熱

在鑄件和鑄型的不穩(wěn)定導熱過程中，溫度與時間和空間的關系可由傅里葉導熱微分方程來描述：

忽略對流，輻射的作用半無限大的鑄件：砂型鑄型斷面上的溫度分布方程

凝固層厚度s與時間t關系

在凝固過程中，熱源是凝固潛熱，有：

契富利諾夫定理

金屬的熔點越高，密度越小，潛熱越小，越容易凝固鑄造熱擴散率，反映其吸熱能力

最先由實驗得到，計算結果與實驗較好的吻合1）少算了A處的傳熱面，會使得計算的凝固時間偏大；2）忽略了鑄件的熱阻，會使得計算的凝固時間偏??；實際結果為這兩者互相抵消的結果。

第三節(jié)金屬型鑄造的凝固傳熱

0sx金屬型鑄造的凝固傳熱

問題轉變?yōu)榫哂泄餐缑鏈囟鹊募儗釂栴}

假設虛擬厚度，虛擬坐標系中求解。問題歸結為在虛擬系統(tǒng)中解如下微分方程：

其通解為：

通過通解以及邊界方程，可以得到：1、凝固時間t

將兩坐標系間關系式帶入凝固系數表達式中，有：

2、溫度分布Ts，

Tm鑄件一側：

鑄型一側：

3、界面溫度Ti在鑄件和鑄型的界面上有：

連續(xù)性

4、凝固系數φ根據固液相變界面上，有：

L表示凝固潛熱給定鑄件和鑄型的參數，可迭代得到凝固系數5、虛擬凝固層厚