7A85铝合金表面换热系数研究

发布时间：2021-11-13 03:24

　　为了测量7A85铝合金表面换热系数以及优化反传热法计算表面换热系数的偏差,利用精密测温仪（GL900）对7A85铝合金片状试样进行了淬火冷却曲线测量,测量点A和B距端面间距为20 mm和40 mm。使用激光导热仪测量了在30～500℃之间试样的比热容,并进行了线性拟合。随后通过有限差分法外推得到端面冷却曲线,进而计算出表面换热系数。结果表明,使用室温比热容数据计算得到的端面淬火冷却曲线比实际曲线高,使用线性拟合后的比热容计算得到的端面淬火温度更准确。7A85铝合金端面换热系数随着温度降低,先增大后出现波动段,最终降低,在270℃时的最大表面换热系数为2250 W·m-2·℃-1。 

【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(18)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

试验装置示意图

试验测量的试样A和B点的冷却曲线如图2所示。由图可知，A、B两个测量点的温度随时间逐渐降低，450s后降至室温20℃。A点靠近冷却介质水，相比B点，降温开始时间较早，如图2中虚线a所示，保持在b曲线下方。由图中曲线的变化可知，冷却速率经历了先增大后减小的过程，在100℃附近，冷却速率达到极值。这是因为冷却初期，试样与冷却水温差较大，热传导较大，冷却速率逐渐增大，达到极值后，试样温度与冷却水温之间的温差缩小，散热减缓，冷却速率逐渐降低。计算端面换热系数需要端面冷却曲线，而端面冷却曲线不能直接测量，需要通过有限差分法进行间接推导。A、B两点从固溶温度开始每隔0.1s的实时温度值TAt和TBt，以及TAt相邻的下一时刻的数据TAt+Δt，依次代入公式（1），直到温度降为室温。求得淬火试样端面在t时刻的温度Tst，并绘制成冷却曲线。然后把Tst从最高温到室温所有数据依次代入式（2），求得在整个降温范围内的换热系数hwt。式（1）和（2）如下。

式中：C为比热容，J/（g·K);T为测试温度，℃。将上述参数代入式（1），结合A和B点的冷却曲线，应用有限元差分法进行推导得到试样端面淬火冷却曲线（图4）。端面冷却曲线的变化规律与A和B点的冷却曲线相似，但是在相同测量时间点，端面温度更低，符合淬火冷却规律。虚线为室温下比热容（1.240J·g-1·K-1）代入公式计算的冷却曲线，实线是比热容修正后的冷却曲线。真实的端面冷却曲线向下移动，这是因为随着温度降低，TAt+Δt小于TAt，所以端面温度Tst与比热容是负相关关系，高温时比热容较大，对应的端面温度反而较小。在冷却的后期，温度接近室温，比热容修正的影响较小，两条曲线基本重合。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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本文编号：3492221