旋转及超声作用下铝熔体中气泡运动及传质过程数值分析

发布时间：2020-04-13 07:03

【摘要】：铝及其合金铸件在机械制造、航空航天、日常生活等方方面面具有广泛的应用前景,所以提高铝合金铸件的工艺性能显得尤为重要。而铝熔体中的氢,作为铝及其合金铸件中气孔、白点、氢裂等缺陷的主要原因,限制了铝及其合金铸件机械性能的提高,降低了使用寿命,所以,对铝及其熔体的净化除气技术得机理进行研究并据此将净化技术进行改进非常重要。本文依据现有的除气净化方法提出了一种将旋转吹气净化法和功率超声净化法相结合的复合式净化方法。本方法主要利用惰性气泡与液相熔体间氢的浓度差,使熔体中的氢扩散传质进惰性气泡并随气泡运动被排出熔体,且超声作用可以促进该过程的进行,有效提高净化速率。为了能够明确得到复合式净化方法的工艺参数对铝及其熔体净化过程的影响,得到有利于净化过程进行的工艺参数,对该过程中净化气泡的运动过程及扩散传质过程进行分析,得到了关于净化气泡的瞬态运动传质耦合模型,并利用数值分析方法将该方程组进行解析,得到净化过程中气泡运动路径、气泡半径及气泡传质速率在不同工艺参数(旋转速率、入射气体流量、超声频率及超声压幅值)影响下关于时间变化的曲线,帮助我们得到最优工艺参数。根据理论分析可以得到超声对净化气泡运动轨迹影响较小,当超声频率在20 k Hz~50 k Hz范围内,超声压幅值变化范围100 k Pa~160 k Pa时,可以确定有利于铝及其合金熔体净化过程进行的超声场频率为50 k Hz,超声压幅值为100k Pa。根据理论分析可以得到旋转作用主要会影响净化气泡的运动轨迹,而净化气泡传质速率的变化趋势受影响不大;当旋转速率范围在450 r/min~600 r/min时,最有利于净化过程进行的旋转转速为450 r/min。根据理论分析可以得到净化气体入射流量主要影响净化气泡半径变化情况及净化气泡传质速率变化情况;入射气体流量变化范围500 ml/min~800 ml/min时,600 ml/min为最优气体入射流量。根据相似原理,我们可以利用水模拟实验将以上过程进行模拟,从而对分析结果进行验证,得到实验结果与数值分析结果基本相同,证明本文中的净化气泡瞬态运动传质耦合模型的实用性与可靠性。
【图文】：

气液两相传质示意图

气泡受力简图
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG292

【参考文献】

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本文编号：2625738