铝合金旋转喷吹及功率超声复合除气过程的计算机模拟

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1、铝合金旋转喷吹及功率超声复合除气过程的计算机模拟-->第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义铝是目前应用最为广泛的有色金属，对铝及其合金的需求量很大，铝的年产量因此得到逐年提高。纯铝因其良好的导电导热性在电工器材中作为重要的原材料，而铝合金则因其密度低，比强度高被广泛应用于航天飞行器、交通运输、建筑材料、体育器材以及家用电器等诸多方面[1]。尤其在航天航空领域，铝合金构件得到了广泛的应用，对铝合金构件的质量要求也逐渐提高，为获得高质量的铝合金构件，需要大量溶液纯净，气体、氧化和溶剂夹杂含量低的高质量的铝合金

2、熔体[2]。铝合金熔体中所有溶解进入的气体，氢气占80%-90%[3]，尽管对比其余的金属合金熔体其氢气含量并非很高，但氢在固态铝中的溶解度远低于其在铝熔体中的溶解度，纯铝在熔点温度铝熔体中的溶解度就约是固态铝中的溶解度的19倍[4]。由于存在着如此之大溶解度的差，当氢气表面张力和铝熔体静压力小于氢气内部压力时即可形成大量氢气泡，如果气泡没有在短时间内逸出铝熔体，铝熔体凝固后就会形成气孔，对铝及其合金的性能有严重影响，造成大量废品[5,6]。在对铝合金熔体进行净化处理方面，铝合金熔体的氢气含量高是主要面对的问题

3、，特别是那些被应用于航天航空领域的铝合金制品，对其有更高的质量要求，目前单一的除气净化方法很难达到理想的净化效果，满足航天航空领域的要求[7]。为此，可尝试采用两种或两种以上的方法复合除气，本课题就是在此背景下提出的，对旋转喷吹和功率超声复合除气进行研究，旨在通过理论深入研究的基础上，尝试将两种除气方法进行有效复合，联合除气，进而研究复合除气的工艺参数，对传统的铝合金熔体除气净化方法进行优化和改进，从而提高铝合金熔体的除气效果，完善铝合金熔体除气净化方法。............................

4、1.2铝合金熔体除气净化方法的国内外研究现状净化铝合金熔体的方法的分类标准很多，目前较常见的分类是按照各个方法的工作原理分为三类，分别为吸附净化法、非吸附净化法和复合净化法。净化铝合金熔体的方法分类图如图1-1所示[8]。1.2.1吸附净化法吸附净化法是让铝合金熔体接触吸附剂，使吸附剂和铝合金熔体中的气体及夹杂物等发生作用，目标是去除气体和去除夹杂。属于吸附净化法的有：吹气法、过滤法、溶剂法等[9]。1.2.1.1吹气法吹气法可以按照其气体导入形式分类如下：单管吹气法、多孔吹气法、旋转喷吹法三种[10]。导入气

5、体的纯度及其性质是除气效果的决定因素之一，气泡在铝合金熔体中的均匀性、滞留时间及大小等因素是除气效果的其他决定因素。气泡分布越均匀，越微小，上浮速度越慢，和熔体接触时间越长，除气越有效果。目前吹气法中的旋转喷吹法作为一种除氢效率很高的方法被国内外所公认，并受到大量使用者的欢迎[11]。旋转喷吹法是采用专门设计的旋转吹头吹出惰性气体对铝合金熔体作用，通过旋转吹头旋转，形成位于铝合金熔体深处位置的气、液两相漩涡运动，得到的气泡细小均匀分布，细小的气泡在上浮的过程中，会将熔体内的氢及夹杂携带出液体表面，以此达到精炼的

6、目标[12]。旋转喷吹方法原理示意图见图1-2[13]。旋转喷吹法在目前是最先进和有效的导入气体的方法，随着环境保护意识的增强和铸件质量要求的提高，旋转喷吹法被越来越多的铸造工所青睐，其广泛的应用是一项突破性的成就，它使铝合金熔体净化的质量提高到一个新的水平，并且是纯物理净化，不污染环境[14,15]。1.2.1.2过滤法过滤法是熔体通过过滤器，用以分离熔体中的夹杂的净化方法。过滤材料选用中性或活性材料，其中泡沫陶瓷、玻璃布和刚玉球等材质被使用。泡沫陶瓷过滤器的过滤效果好，价格低，使用方便，具有广泛的应用。过滤

7、法当前具有很快的发展速度，过滤器已经可以做到很细小的尺寸。目前国外形成了多种规格的产品，产品规格的选择范围从10ppi到70pp。由于国内工业基础差，技术落后等原因，与国外产品还有一定的差距，产品规格难以达到40pp，有通孔较多、盲孔等缺点，有待进一步提高[16]。1.2.1.3溶剂法溶剂法使用的溶剂分为除气溶剂、覆盖溶剂和精炼溶剂三种。除气溶剂用来去除熔体中的气体，分为气态、液态和固态三种溶剂；覆盖溶剂加入到坩埚容器内覆盖在熔体液面，由于这种溶剂的熔点较低，很快融化后会在熔体液面形成液态，形成的液层具有隔绝空

8、气的作用；有多项作用的添加剂及具有同样作用的化学复合物等作为精炼溶剂对熔体进行处理，这种溶剂具有去除熔体内气体、合金化熔体等多种作用。一般溶剂都同时具备去除气体和净化熔体的作用[17]。.................................第2章CFD数值模拟简介计算流体动力学(putationalFluidDynamics，简称CFD)是流体力学的重要组成部分。为了了解某