第4章 液态金属凝固过程中的传热、传质及液体流动

1、2022-3-712022-3-722022-3-73)(222222zTyTxTctTca 为导热系数，为导热系数，为热导率，为热导率，c为比热容，为比热容，为密度。为密度。2022-3-742022-3-75凝固过程中铸件与铸型凝固过程中铸件与铸型的温度分布的温度分布2022-3-762、凝固传热研究方法、凝固传热研究方法解析法：假设一维导热解析法：假设一维导热通解通解对铸件：边界条件对铸件：边界条件 初始条件初始条件对铸型：边界条件对铸型：边界条件 初始条件初始条件22xTtT)2(txDerfcT)2()(1101txerfTTTTii)2()(2202txerfTTTTii2 2、铸

2、件凝固温度场、铸件凝固温度场 2022-3-77实测法实测法a.温度场测量温度场测量b.凝固动态曲线凝固动态曲线2022-3-782022-3-792022-3-7102022-3-7112022-3-712SSS+LS+LLTLTST逐层凝固逐层凝固糊状凝固糊状凝固SSS+LTLTST中间凝固中间凝固2022-3-713金属或合金凝固分区示意图金属或合金凝固分区示意图凝固时各区域组成：（凝固时各区域组成：（1）固相区：全部固体）固相区：全部固体 （2）凝固区：液体）凝固区：液体+固体固体 （3）液相区：全部液体）液相区：全部液体2022-3-7142022-3-7152022-3-71620

3、22-3-7172022-3-718逐层凝固过程逐层凝固过程逐层凝固缩孔特点逐层凝固缩孔特点体积凝固过程体积凝固过程体积凝固方式的缩松体积凝固方式的缩松2022-3-7192022-3-72020112112TTTTCLAbVtiS浇2022-3-721铸型吸收的热量铸件放出的热量铸型吸收的热量铸件放出的热量tTTbtTTtqii)()(20222022tTTbqi)(22022tTTAbQi)(22022铸型吸收的热量的求法：铸型吸收的热量的求法：2022-3-722同一时间内铸件放出的热量同一时间内铸件放出的热量:Q1=Q2 )(1111STTcLVQ浇)(22011121TTTTCLAV

4、btiS浇2022-3-72322Kt2022-3-724q1=q222Kt)(111STTcLq浇tTTCLTTbSi)()(211202浇 为凝固层厚度为凝固层厚度tTTbqi)(22022铸件放热：铸件放热：铸型吸热：铸型吸热：2022-3-72522KRt 11AVR 2022-3-7262022-3-727铸件温度场及凝固时间的精确计算铸件温度场及凝固时间的精确计算计算机数值模拟计算机数值模拟在实际的生产中，通常不需计算出铸件的凝固时间，只在实际的生产中，通常不需计算出铸件的凝固时间，只需通过比较它们的相对厚度或模数就可制定生产工艺。需通过比较它们的相对厚度或模数就可制定生产工艺。2

5、022-3-7282022-3-7294-2 4-2 凝固过程中的传质凝固过程中的传质传质控制方程：传质控制方程：)(222222zcycxcDtcAAAABA菲克第二定律：菲克第二定律：菲克第一定律：菲克第一定律：zxDczcDJAAAddddJA-体系中体系中A物质的摩尔通量密度，物质的摩尔通量密度，mol/(m2.s)一维稳态分子扩散：一维稳态分子扩散：xcDJxcAABAAdd0dd222022-3-730固固液液2022-3-731根据根据KO=CS/CLCL=Co固固液液2022-3-7320kCCSL)1 (1000kfkCCSS)1 (000kfkCCLL固固液液2022-3-

6、733)1 (1000kfkCCSS)1 (000kfkCCLL2022-3-7342022-3-7352022-3-736根据根据KO=CS/CLCL=Co2022-3-7370*kCCSL100*0)1 (ksSfCkC10*0kLLfCC2022-3-7382022-3-7392022-3-740根据根据KO=CS/CLCL=Co2022-3-74122)()(dxxCdDdtxdCLLL)(dxxdCvL2022-3-742)(dxxdCvL22)()(dxxCdDdtxdCLLL2022-3-743000exp11)(xDvkkCxCLL022dxdCvdxCdDLLL2022-3-7442022-3-7452022-3-746LLLLDvxDvCCCxCexp1exp11)(0*0022dxdCvdxCdDLLL2022-3-7472022-3-7482022-3-7492022-3-7501、凝固过程中液相区的液体流动、凝固过程中液相区的液体流动（1）稳态温度场下的温差对流和）稳态温度场下的