铝—稀土多相熔体混沌流动数值模拟及流动规律研究

发布时间：2017-09-25 07:03

  本文关键词：铝—稀土多相熔体混沌流动数值模拟及流动规律研究

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【摘要】：铝合金的凝固涉及到包含能量传递、物质传输及相变等复杂物理变化。电磁搅拌技术在对金属熔体进行搅拌混合的同时还能提高金属的使用性能,因此该技术在冶炼工业中的应用将越来越广。与普通机械搅拌不同,电磁搅拌器具备无接触、易于控制、高效节能等优点,利用变化的电磁场在熔体内产生感应电流进而引导熔体进行传质传热运动。本论文通过对自制电磁搅拌器内磁场及流场的模拟仿真,结合混沌理论对仿真结果进行分析,探索了电磁搅拌时间及电磁搅拌频率对熔体流动及熔体内稀土元素La的分布的影响。利用有限元分析软件Maxwell对自制电磁搅拌器内电磁场进行了仿真模拟,分别计算了不同频率的输入电源对电磁搅拌器内感应磁场分布的影响并计算出其对搅拌器内铝-稀土多相熔体的作用力。通过自定义函数(UDF)将所求得电磁力加载至流体分析软件Fluent中对搅拌器内熔体进行建模分析,导出各搅拌参数下La在搅拌器内的体积分数分布云图。并通过Matlab软件自编程序分析了Fluent软件模拟所得流场,计算了流场的相关混沌学参数,分析搅拌器内熔体运动的混沌规律。通过数据分析结果表明:在30Hz内,搅拌时间及搅拌电磁频率的增大能够提升搅拌器内熔体所受到的电磁力及其流动运动的混沌程度;相较于单一搅拌频率的搅拌下,变频搅拌能够更有效的对铝-稀土多相熔体进行搅拌混合,其流动的混沌程度更高。对未搅拌及搅拌频率为10Hz、20Hz、30Hz及变频搅拌下稀土铝合金的试样进行金相组织分析。通过各金相微观组织图的对比分析可知单一频率搅拌时,频率的提高可改善其金相组织结构,但达到一定频率时,改善作用几乎不存在。相较于单一频率搅拌,变频搅拌对金相组织的改善效果更佳。
【关键词】：稀土铝合金 电磁搅拌 数值分析 最大李雅普诺夫指数 Kolmogorov熵
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG292
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-18
• 1.1 研究背景和意义7-8
• 1.2 国内外的研究现状8-16
• 1.2.1 混沌混合的研究现状8-11
• 1.2.2 电磁搅拌的研究现状11-13
• 1.2.3 数值仿真的研究现状13-16
• 1.3 本论文的主要研究内容16-18
• 第二章 电磁搅拌器的工作原理及设计18-27
• 2.1 前言18
• 2.2 电磁搅拌器的工作原理18-21
• 2.3 电磁搅拌器的设计21-26
• 2.3.1 电动机的改造21-22
• 2.3.2 变频器的选用22-24
• 2.3.3 变频器的控制24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 电磁搅拌磁场数值模拟27-40
• 3.1 前言27
• 3.2 电磁场的数学模型27-29
• 3.3 电磁场的数值仿真分析29-39
• 3.3.1 Maxwell软件介绍29-30
• 3.3.2 模型的建立及网格划分30-32
• 3.3.3 边界条件及绕组激励设定32-34
• 3.3.4 求解器设定34
• 3.3.5 电磁场的求解结果分析34-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 电磁搅拌流场数值模拟40-50
• 4.1 前言40
• 4.2 流体模型的建立40-43
• 4.2.1 流体模型的设定41-42
• 4.2.2 模型的建立42-43
• 4.3 流场数据分析43-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 铝-稀土多相熔体混沌流动规律分析及金相组织变化50-59
• 5.1 前言50
• 5.2 混沌参数的求解50-54
• 5.2.1 混沌参数的介绍50-51
• 5.2.2 混沌参数的求解与分析51-54
• 5.3 铝-稀土合金制备及金相组织分析54-58
• 5.3.1 铝-稀土合金试样的制备54-55
• 5.3.2 金相组织的分析55-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第六章 结论与展望59-61
• 6.1 总结59
• 6.2 展望59-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 攻读学位期间的研究成果66-67

【参考文献】

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本文编号：916001