電磁攪拌對(duì)鋁合金凝固影響的數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在鋁合金凝固過(guò)程施加電磁攪拌能顯著提高合金的內(nèi)部與表面質(zhì)量，故對(duì)電磁攪拌作用機(jī)理的研究以及其對(duì)鋁合金熔體的表面質(zhì)量與內(nèi)部性能的影響則十分有必要。本文根據(jù) Maxwell電磁學(xué)理論基礎(chǔ)確定實(shí)驗(yàn)求解理論方程，再通過(guò)理論方程推導(dǎo)出電磁場(chǎng)作用力方程，并以有限元計(jì)算方法為基礎(chǔ)，通過(guò)ANSYS有限元軟件首先構(gòu)造出二維和三維的電磁攪拌物理模型和有限元模型，再通過(guò)設(shè)置邊界條件和初始條件計(jì)算電磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與電磁力的一些分布情況，然后改變電流、頻率攪拌

2、參數(shù)來(lái)探究其對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度和電磁力的影響。實(shí)驗(yàn)表明：電磁攪拌作用下的金屬熔體內(nèi)部的磁場(chǎng)分布規(guī)律，磁場(chǎng)的分布規(guī)律為磁場(chǎng)在有鑄坯表面向中心衰減，且磁場(chǎng)在整個(gè)徑向上對(duì)稱分布，在徑向上的分布呈現(xiàn)出一個(gè)“V”字形；在一個(gè)計(jì)算周期內(nèi)，磁場(chǎng)在電磁攪拌作用下呈周期運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向呈順時(shí)針；磁感應(yīng)強(qiáng)度在周期內(nèi)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中分布均勻，鑄坯內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度在計(jì)算范圍內(nèi)隨著頻率的增大而減小,電磁力在計(jì)算的范圍內(nèi)隨頻率的增大而增大；磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)力大小隨著電流的遞增而

3、遞增，且趨勢(shì)呈指數(shù)性遞增。
　　為了更進(jìn)一步探究電磁場(chǎng)的作用情況，通過(guò) ANSYS有限元軟件的 CFX模塊建立了流體的三維物理模型和有限元模型，先設(shè)置流場(chǎng)邊界條件再把前面電磁場(chǎng)計(jì)算出的電磁力耦合到流場(chǎng)中作為流場(chǎng)的初始條件，求解出了流場(chǎng)的分布規(guī)律以及電流強(qiáng)度和頻率參數(shù)對(duì)流場(chǎng)的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：添加電磁攪拌后的鋁合金熔體產(chǎn)生繞著中心旋轉(zhuǎn)的速度場(chǎng)，增強(qiáng)了熔體流動(dòng)；且添加攪拌的熔體速度在鑄坯表面最大，在中心最小，其速度場(chǎng)的分布在徑向