搅拌及超声复合作用下气泡上浮过程数值模拟分析
发布时间：2021-06-09 20:14
铝合金因其密度小﹑抗腐蚀强﹑强度大﹑易加工等优点,被广泛应用于航空航天﹑轨道交通﹑房屋构架等多个领域。但由于铝合金在熔炼过程中会与空气中的水蒸气反应产生氢原子,并被铝液吸收,而未溶的氢易使铸锭产生气孔和夹杂等缺陷,降低了其使用寿命,所以研究高效的铝熔体净化技术至关重要。本文提出一种将旋转吹气搅拌法与功率超声除气法相结合的复合除气方法,该方法利用吹出气泡的吸附作用将熔体中的氢去除,从而达到净化目的。熔体中气泡形态及分布规律与除氢效率密切相关,但由于铝熔体高温不透明,直接研究复合场下气泡形态、分布规律非常困难,故本课题采用FLUENT软件,先讨论旋转吹气过程中搅拌参数对气泡分布状态及内部流场特性的影响,找出最佳搅拌参数组合;在保证其他参数不变的情况下,讨论了超声参数对气泡分布特性及内部流场分布规律的影响。数值模拟结果可知:转速是影响搅拌场下气泡链形状的主要因素,而气流量是影响搅拌场下气泡尺寸的主要因素。随着转速的增加,气泡链依次呈现“外抛”状﹑“S”状和内凹状;而随着气流量的增加,气泡体积显著上升。转速是影响内部搅拌流场的主要因素,转速越大,流场内部的液相速度﹑湍流强度和压力梯度越大,而气...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铝熔体精炼除气装置示意图
Lauterborn[37,38]早在 1987 年采用高速全息摄影技术帧速率，研究得出液体的非线性声响应是由空化泡本身和的；此后，观察了声场下单﹑双个气泡的径向震荡，以冲击波)和光学(发光)发射的相关图像；Appel[39]采用两台高角来观察空化泡运动轨迹，经过图像后处理后发现声空气泡形成的动态物体，而空化泡多产生于声幅低压区及等人发现空化泡在双频声场下的聚结程度与组合中单个关，在双频声场中的气泡寿命比单频长，且溃灭温度较场下的溃灭对称性不及单频声场下好。Ma[41]建立了一套装置，示意图如图 1-2 所示，研究了在固定频率 18kHz 声过程及双气泡的合并过程，并结合理论模型，分析导致素。
其装置结构示意图如图1-3 所示。通过水模拟确定最佳参数，再进行铝熔体除气实验。试验结果表明，经过 5 分钟的除气，铝合金的密度可达到 2.7 kg/dm3。图 1-3 超声振动系统示意图Fig.1-3 Schematic diagram of ultrasonic vibration systemXu[47,48]采用超声-真空除气方式对铝合金脱气效果的影响，通过比较试样密度和氢含量在超声﹑真空﹑超声-真空不同情况下随时间的变化，最终得出超声波会加快真空除气进程，超声波-真空复合除气方式是一种高效﹑无污染的熔体
【参考文献】：
期刊论文
[1]流体控制方程的超声空化泡动力学模拟[J]. 杨日福,洪旭烨. 应用声学. 2018(04)
[2]铝熔体旋转喷吹净化过程数值仿真[J]. 范超,胡义华,周雄新,龙思远,杨怀德. 特种铸造及有色合金. 2014(06)
[3]C2Cl6除气剂-超声场联合处理对铝合金氢含量及力学性能的影响[J]. 贾征,乐启炽,张志强,王红玲,崔建忠. 稀有金属材料与工程. 2014(06)
[4]7050铝合金施加超声铸造的数值模拟[J]. 张立华,朱彪. 机械工程材料. 2013(01)
[5]底吹氩气和旋转磁场复合作用对两相流动行为影响[J]. 王芳,李宝宽. 东北大学学报(自然科学版). 2011(09)
[6]铝合金和镁合金除氢方法及进展[J]. 贾征,张志强,乐启炽,崔建忠. 铸造. 2011(07)
[7]气液搅拌槽内气泡尺寸与局部气含率的CFD模拟[J]. 李良超,王嘉骏,顾雪萍,冯连芳,李伯耿. 浙江大学学报(工学版). 2010(12)
[8]铝熔体旋转喷吹除气过程的数值研究[J]. 孙会,莫晓飞,郑瑞香. 材料科学与工艺. 2010(05)
[9]功率超声对7050铝合金除气净化作用的试验研究[J]. 李晓谦,陈铭,赵世琏,李开晔,吴昊. 机械工程学报. 2010(18)
[10]熔体吹气发泡法制备泡沫铝的准三维数值模拟[J]. 刘红,解茂昭,尹洪超,王德庆. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2009(05)
博士论文
[1]AZ系镁合金熔体变质与除气研究[D]. 刘轩.东北大学 2016
硕士论文
[1]机械搅拌槽混合数值模拟及实验研究[D]. 邓远锋.广西大学 2017
[2]铝合金熔体双喷头旋转精炼技术模拟研究[D]. 苏志付.哈尔滨工业大学 2011
[3]铁水预处理过程中喷气搅拌的实验与模拟研究[D]. 邵品.昆明理工大学 2009
[4]基于FLUENT软件的超声空化数值模拟[D]. 孙冰.大连海事大学 2008
本文编号：3221243
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铝熔体精炼除气装置示意图
Lauterborn[37,38]早在 1987 年采用高速全息摄影技术帧速率，研究得出液体的非线性声响应是由空化泡本身和的；此后，观察了声场下单﹑双个气泡的径向震荡，以冲击波)和光学(发光)发射的相关图像；Appel[39]采用两台高角来观察空化泡运动轨迹，经过图像后处理后发现声空气泡形成的动态物体，而空化泡多产生于声幅低压区及等人发现空化泡在双频声场下的聚结程度与组合中单个关，在双频声场中的气泡寿命比单频长，且溃灭温度较场下的溃灭对称性不及单频声场下好。Ma[41]建立了一套装置，示意图如图 1-2 所示，研究了在固定频率 18kHz 声过程及双气泡的合并过程，并结合理论模型，分析导致素。
其装置结构示意图如图1-3 所示。通过水模拟确定最佳参数，再进行铝熔体除气实验。试验结果表明，经过 5 分钟的除气，铝合金的密度可达到 2.7 kg/dm3。图 1-3 超声振动系统示意图Fig.1-3 Schematic diagram of ultrasonic vibration systemXu[47,48]采用超声-真空除气方式对铝合金脱气效果的影响，通过比较试样密度和氢含量在超声﹑真空﹑超声-真空不同情况下随时间的变化，最终得出超声波会加快真空除气进程，超声波-真空复合除气方式是一种高效﹑无污染的熔体
【参考文献】：
期刊论文
[1]流体控制方程的超声空化泡动力学模拟[J]. 杨日福,洪旭烨. 应用声学. 2018(04)
[2]铝熔体旋转喷吹净化过程数值仿真[J]. 范超,胡义华,周雄新,龙思远,杨怀德. 特种铸造及有色合金. 2014(06)
[3]C2Cl6除气剂-超声场联合处理对铝合金氢含量及力学性能的影响[J]. 贾征,乐启炽,张志强,王红玲,崔建忠. 稀有金属材料与工程. 2014(06)
[4]7050铝合金施加超声铸造的数值模拟[J]. 张立华,朱彪. 机械工程材料. 2013(01)
[5]底吹氩气和旋转磁场复合作用对两相流动行为影响[J]. 王芳,李宝宽. 东北大学学报(自然科学版). 2011(09)
[6]铝合金和镁合金除氢方法及进展[J]. 贾征,张志强,乐启炽,崔建忠. 铸造. 2011(07)
[7]气液搅拌槽内气泡尺寸与局部气含率的CFD模拟[J]. 李良超,王嘉骏,顾雪萍,冯连芳,李伯耿. 浙江大学学报(工学版). 2010(12)
[8]铝熔体旋转喷吹除气过程的数值研究[J]. 孙会,莫晓飞,郑瑞香. 材料科学与工艺. 2010(05)
[9]功率超声对7050铝合金除气净化作用的试验研究[J]. 李晓谦,陈铭,赵世琏,李开晔,吴昊. 机械工程学报. 2010(18)
[10]熔体吹气发泡法制备泡沫铝的准三维数值模拟[J]. 刘红,解茂昭,尹洪超,王德庆. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2009(05)
博士论文
[1]AZ系镁合金熔体变质与除气研究[D]. 刘轩.东北大学 2016
硕士论文
[1]机械搅拌槽混合数值模拟及实验研究[D]. 邓远锋.广西大学 2017
[2]铝合金熔体双喷头旋转精炼技术模拟研究[D]. 苏志付.哈尔滨工业大学 2011
[3]铁水预处理过程中喷气搅拌的实验与模拟研究[D]. 邵品.昆明理工大学 2009
[4]基于FLUENT软件的超声空化数值模拟[D]. 孙冰.大连海事大学 2008
本文编号：3221243
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