感应凝壳熔炼过程温度场及流场耦合数值模拟

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要感应凝壳熔炼(InductionSkullMelting(ISM))是一种广泛应用于熔炼某些在熔融状态下高纯度、高熔点极活泼合金的方法，但在工业中涉及的特种合金种类繁多，价格昂贵，热物性值相差又很大，单靠试验来掌握它，不但周期长、成本极高，而且有时是危险的或不可能的。因此，有必要通过数值模拟的方法对于感应凝壳熔炼过程进行研究，以节约成本，提高效率。本研究根据合作方哈尔滨工业大学实验所用的水冷铜坩埚与电磁感应线圈的规格尺寸建立实体模型，然后应用ANSYSTM软件对ISM过程的磁场强度、电磁力和

2、感应加热密度分布进行数值模拟。通过编制用户自定义子程序(基于c语言)，建立了ANSYSTM软件和FLI『Eh汀刑软件的数据接口。将ANSYSTM计算的电磁力和感应加热密度数据导入到FLU盼汀刑中，并作为源项分别加载到动量和能量守恒方程中，最终应用FLUENT刑实现了电磁场、流场和温度场的耦合计算。通过力平衡法对感应凝壳熔炼过程的电磁搅拌驼峰进行了模拟，采用k—F紊流模型对感应凝壳熔炼过程的流场和温度场进行了耦合模拟研究，得到了它们的分布及变化情况。模拟研究了感应线圈加载的电流、频率、坩埚缝数、线圈位置和炉料种类对于感应

3、凝壳熔炼过程的悬浮驼峰形状、温度场和流场的影响规律。关键词：感应凝壳熔炼；数值模拟；悬浮驼峰；流场；温度场大连理工大学硕士学位论文NumericalSimulationofThermalandFlowFieldsinInductionSkullMeltingProcess／～bstractInductionSkullMelting(ISM)isawidelyusedprocessformeltingspecialalloysthat玳veryreactiveinthemoltencondition．Experiment

4、alstudyonlyisdi衔cultformasteringthemeltingprocessingpazarnetersbecausetheISMexperimentsa∞veryexpensiveandeV吼dangerous．Therefore，thenumericalstudyishelpfulfordeterminingtheprocessingparametersofISM，whichisabothtimeandcostsavedapproach．Thegeometrymodelforsimulatio

5、nWaSbasedontheinformationprovidcdbyOI．n"cooperationpartnerfromHarbinInstituteofTechnology．TheMagneticintensity,electromagneticforceandinductionheatingdensityoftheISMprocessweresimulatedbyemployingANSY$TMsoftware．Thedatatransferinterface啷establishedbetweenANSYSTM

6、andFI1删一byuser-definedfunction(codedbyClanguage)，andtheelectromagneticforceandinductionheatingdensitycalculatedbyANSYSTMwererespectivelyintroducedtoFLUEN一勰thesourcetermsofthemomentumconservationequationandtheenergyconservationequation．UsingFLUENTTM，withthedatafr

7、omANSYSTM，thehumpofelectromagneticsuspendinginInductionSkullMeltingprocesswassimulatedbyforcebalanceequation．ThethermalandflowcouplingfieldswerealsosimulatedbyusingtheK一￡turbulentmodel．Thedistributionandevolutionofthermalandflowfieldswereacquired．Theeffectsofthe

8、magnitudeofcurrentdensity,thefrequencyofcurrent,ertleibleslot．山erelativepositionbetwecncrucibleandcoilOnandthesortofchargeOilthethermal，flowfieldsandthefigureofhumpin