[發(fā)明專利]超聲及旋流場下熔體中凈化氣泡瞬態(tài)運動模型構建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810316366.8
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108446519B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設計）人: 高桂麗;王傲;王明;石德全;康贏方
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;C22B21/06;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 榮玲

超聲及旋流場下熔體中凈化氣泡瞬態(tài)運動模型構建方法，屬于鋁合金熔體質(zhì)量凈化領域，具體涉及一種超聲及旋流場下熔體中凈化氣泡瞬態(tài)運動模型構建方法。本發(fā)明針對現(xiàn)有的運動模型的缺陷，提供了一種在超聲及旋流場中能夠為運動模型提供理論支撐、能夠得到任意時刻下凈化氣泡運動軌跡的凈化氣泡瞬態(tài)運動模型構建方法。本發(fā)明所涉及的超聲及旋流場下熔體中凈化氣泡瞬態(tài)運動模型構建方法，建模前進行假設：構建超聲及旋流場下熔體中凈化氣泡瞬態(tài)運動模型的完整運動方程；凈化氣泡運動模型進行仿真分析。本發(fā)明尤其適用于實現(xiàn)航空航天、信息產(chǎn)業(yè)、交通運載等對鋁合金構件的質(zhì)量要求高的技術領域。

技術領域

本發(fā)明屬于鋁合金熔體質(zhì)量凈化領域，具體涉及一種超聲及旋流場下熔體中凈化氣泡瞬態(tài)運動模型構建方法。

背景技術

隨著航空航天、鐵路運輸?shù)刃袠I(yè)的飛速發(fā)展，不但對鋁合金相關產(chǎn)品需求量加大，而且對高品質(zhì)高性能的鋁合金構件需求量更是日益增加，而高純凈的鋁熔體是獲得高性能鋁合金鑄件的基本保障，若沒有高質(zhì)量的鋁合金熔液，缺陷一旦從開始產(chǎn)生，就會頑固地存在，并難以彌補，也就不可能獲得高質(zhì)量的構件。而目前現(xiàn)有鋁合金熔煉過程都是在非真空條件下進行的，在熔煉過程中存在吸氣(主要是氫氣)的問題，凝固后，未能離開鋁合金熔體的氣體就會留在鑄件中形成氣孔或縮松等缺陷。這些缺陷的存在，會嚴重削弱鑄件的強度、腐蝕抗性和導電性等，影響鑄件表面質(zhì)量，而鋁合金熔體除氣處理是消除缺陷保證生產(chǎn)高質(zhì)量鋁合金構件的基本措施之一，也是提高鋁合金綜合性能的主要手段。因此，為獲得高質(zhì)量鋁合金構件，有必要研究并采用先進的鋁熔體除氣處理方法，去除鋁液中的氣體和夾雜物。

現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了各種鋁熔體除氣處理方法，去除鋁合金熔體中的氣體和夾雜物。旋轉(zhuǎn)吹氣法是氣泡浮游法的一種，向鋁熔體中吹入惰性氣體，在鋁熔體中產(chǎn)生大量的外來凈化氣泡(惰性氣泡)。初始凈化氣泡中氫分壓為零，依據(jù)除氫動力學理論，熔體中的氫不斷向氣泡中擴散，直到惰性氣泡中的氫分壓達到平衡時，氣泡浮出熔體表面，同時氣泡中的氫逸出。功率超聲波除氣凈化處理是利用超聲波在熔體中的空化作用，熔體中的氫擴散到空化泡中，部分大氣泡在浮力的作用下上浮逸出，從而保證氣體的析出。當在旋轉(zhuǎn)吹氣除氣過程中同時加載功率超聲時，惰性氣泡可能成為功率超聲空化形核的載體，更利于超聲空化泡的形成，氣泡在熔體中彌散程度增加，也會增加氫向凈化氣泡中擴散傳質(zhì)系數(shù)，提高除氣凈化效率。但除氣效果與凈化氣泡在熔體中運動軌跡關系密切，延長凈化氣泡在熔體中停留時間，減小凈化氣泡的尺寸、增加凈化氣泡的數(shù)量和提高熔體中氣泡的傳質(zhì)系數(shù)，是提高氣泡浮游法除氣效率的關鍵。但是關于熔體中凈化氣泡瞬態(tài)運動的理論分析很少，而且方法還不夠嚴謹，尤其是關于凈化氣泡在超聲及旋轉(zhuǎn)場作用下運動模型構建方法的空缺，使得超聲及旋轉(zhuǎn)吹氣復合式除氣凈化理論依據(jù)缺乏。

因此，就需要一種在超聲及旋流場中能夠為運動模型提供理論支撐、能夠得到任意時刻下凈化氣泡運動軌跡的凈化氣泡瞬態(tài)運動模型構建方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有的運動模型在超聲及旋流場的復合場中缺少理論依據(jù)、不能得到凈化氣泡運動軌跡的缺陷，提供了一種在超聲及旋流場中能夠為運動模型提供理論支撐、能夠得到任意時刻下凈化氣泡運動軌跡的凈化氣泡瞬態(tài)運動模型構建方法。

本發(fā)明所涉及的超聲及旋流場下熔體中凈化氣泡瞬態(tài)運動模型構建方法，包括如下計算步驟：

步驟一、建模前，進行如下假設：①任意條件影響下熔體中氣泡保持球形；②旋轉(zhuǎn)攪拌只引起液相水平方向圓周運動，即在超聲及旋流場的復合場影響下，流體豎直方向的速度為0，水平方向運動速度隨旋轉(zhuǎn)速率的改變而改變；③不考慮氣泡間相互作用；④本過程處于恒溫絕熱狀態(tài)；

步驟二、構建超聲及旋流場下熔體中凈化氣泡瞬態(tài)運動模型的完整運動方程為：

豎直方向:

徑向:

橫向: