7xxx鋁合金熔體中的超聲空化數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超聲波金屬熔體處理技術(shù)是一項(xiàng)無污染、綠色的冶金技術(shù)，在金屬凝固過程中施加超聲振動(dòng)可以細(xì)化晶粒、改善組織、減少鑄造缺陷和提高材料性能等，是目前鑄造領(lǐng)域的熱點(diǎn)和未來鑄造技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。本文主要對(duì)超聲波作用于鋁合金熔體產(chǎn)生的空化效應(yīng)進(jìn)行仿真模擬。主要的研究工作和研究結(jié)論如下:
　　 1、從金屬結(jié)晶熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面，探討了超聲振動(dòng)在鋁合金熔體中引起的空化泡共振機(jī)制，分析了空化效應(yīng)對(duì)鋁合金鑄造凝固過程中能量的傳遞及晶核振動(dòng)頻率的影

2、響，結(jié)果表明:超聲振動(dòng)能顯著提高晶核的振動(dòng)頻率與振動(dòng)能量。
　　 2、通過位移傳感器以及ALSCAN測(cè)氫儀分別測(cè)量不同功率下超聲波變幅桿端面振幅和7050鋁合金熔體中的氫含量，獲取空化仿真所需數(shù)據(jù)。通過流體力學(xué)軟件Fluent中的UDF，將超聲工作參數(shù)添加至模型中，使用Singhal空化模型進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬結(jié)果表明:在較低功率超聲作用下，變幅桿端面附近出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)空化，空化強(qiáng)度較弱;而在較高功率超聲作用下，其空化強(qiáng)度與空化區(qū)域都較

3、大提高。對(duì)三種不同端面變幅桿作用下的空化仿真結(jié)果表明:圓錐面變幅桿作用下空化區(qū)域最大，但是空化強(qiáng)度及端面空泡分布均勻性最差，且端面正中心下方空化效應(yīng)很弱;而在平端面變幅桿作用下，空化區(qū)域最小，而其強(qiáng)度最高;在球冠面變幅桿作用下，其產(chǎn)生的空化強(qiáng)度與空化區(qū)域居于其他兩種之間，但是空化泡分布均勻性最好。
　　 3、進(jìn)行不同變幅桿超聲系統(tǒng)作用下的水模擬試驗(yàn)，觀察其空化現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果在不同工具桿下的作用效果方面與仿真結(jié)果有較好的吻合，可以