Вы здесь

Управління формуванням структури металевих заготівок шляхом теплосилових дій на твердіючі сплави.

Автор: 
Нурадинов Абди Сайдахматович
Тип работы: 
Дис. докт. наук
Год: 
2007
Артикул:
3507U000503
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

ГЛАВА 2
МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРОЦЕССЫ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ СПЛАВОВ
Металлические сплавы как в твердом, так и в жидком состоянии являются непрозрачными, кроме этого процессы их затвердевания происходят при очень высоких температурах. Поэтому непосредственные исследования процессов, происходящих при их затвердевании, чрезвычайно затруднены, в связи с чем наиболее целесообразно и плодотворно применять косвенные методы исследования. Одним из основных методов исследования влияния различных способов внешнего воздействия на затвердевающие расплавы является физическое моделирование на прозрачных средах. Применение физического моделирования позволяет визуально изучить влияние внешних воздействий на параметры кристаллизации и тепломассопереноса при затвердевании сплавов с пересчетом полученных результатов на реальные объекты. Оно может быть использовано для прогнозирования новых неопробованных процессов, уточнения математической модели, получения исходных данных для проектирования и разработки технологических режимов.
Физическое моделирование - это один из методов научных исследований, предполагающий замену изучения интересующего натурного образца объекта проведением экспериментов на модели с обеспечением условий протекания явлений, имеющих ту же физическую природу [158].
В плане постановки задачи физическое моделирование как метод исследования включает следующие составные части:
- постановка задачи;
- выбор объекта исследования и моделирующей среды;
- выбор критериев подобия;
- выбор конструкции и расчетов параметров модели объекта исследо-вания;
- проведение опытов на модели и обработка полученных результатов.
Задача наших исследований заключалась в изучении процессов кристаллизации и структурообразования стальных слитков, отливок и непрерывнолитых заготовок в условиях внешних воздействий на жидкий и затвердевающий металл. В первую очередь - силовых способов воздействий, приводящих к интенсификации гидродинамических и тепловых процессов, а также к созданию дополнительных центров кристаллизации. Главная цель физического моделирования заключалась в изучении основных закономерностей исследуемых процессов, чтобы полученные результаты после обобщений могли быть использованы в реальных промышленных условиях для повышения качества литых заготовок.
Исходя из целей изучения указанных процессов, происходящих при затвердевании металла, физическое моделирование было разделено на три вида:
1) моделирование процессов зарождения и роста кристаллов;
2) моделирование процессов затвердевания заготовок;
3) моделирование процессов, сопутствующих затвердеванию
заготовок (гидродинамические, тепловые, диффузионные, ликвационные и другие процессы).
Приведенное деление не является произвольным и тем более случайным, потому что при моделировании необходимо соблюдать условия идентичности физических явлений, которые на основании анализа размерностей дает теория подобия.

2.1. Выбор масштабов моделирования, моделирующих сред
и оборудования
Теория подобия определяет признаки наличия идентичности между явлениями и обозначает границы, в пределах которых распространение данных моделирования на аналогичные реальные явления может считаться корректным [158]. В соответствии с данной теорией полное подобие между двумя явлениями будет соблюдаться при обеспечении геометрического, кинематического и динамического подобия.
Геометрически подобными считаются физические системы, между определяющими размерами которых существует постоянное соотношение:
, (2.1)
где - линейный масштаб, показывающий во сколько раз размер модели уменьшен по сравнению с размером натуры . У геометрически подобных систем постоянными должны быть и соотношения площадей и объемов:
, (2.2)
. (2.3)
Под кинематическим подобием подразумевается, когда скорости и и ускорения и в сходственных точках натуры и модели находятся в одинаковых соотношениях:
, (2.4)
. (2.5)
При динамическом подобии все соответствующие силы, действующие в подобных точках натуры и модели, должны иметь одинаковые направления и иметь постоянное соотношение.
В качестве исходных данных для расчета масштабов моделирования в соответствии с основными положениями теории подобия используются безразмерные параметры - критерии подобия и симплексы [159, 160].
Но так как точное соблюдение равенства всех критериев и сиплексов на практике невозможно, оценивая диапазон их численных значений, выявляют, какие из них попадают в область несущественных и могут быть исключены. Возможность приближенного моделирования обуславливается также наличием границ нижней и верхней автомодельностей. В тех случаях, когда нельзя достигнуть удовлетворительной точности моделирования, целесообразно применять метод локального моделирования. При локальном моделировании условия подобия соблюдаются на определенном участке исследуемого объекта. Изучая последовательно отдельные участки, удается составить картину работы всего исследуемого объекта в целом [142].
Для расчета масштабов моделирования процессов затвердевания, происходящих в однородных физических системах, количество чисел подобия и симплексов находится с помощью ?-теоремы [160, 161]. Для настоящего моделирования с учетом внешних воздействий толщина затвердевающей корки (?) может быть выражена как функция из совокупности величин [162]:
? = f (?, ?t, l, ?, С, ?, Qо, ?Р, E, ?, S), (2.6)
где ? - коэффициент теплоотдачи; ?t - перепад температуры; l - характерный размер; ? - коэффициент теплопроводности; С - удельная теплоемкость; ? - плотность; Qо - теплота плавления; ?Р - перепад внешнего давления; Е - энергия внешнего импу