第10卷增刊1 2010年4月
过程工程学报
The Chinese Journal of Process Engineering
双喷嘴喷射成形柱状坏传热过程模拟
樊文军"，张胤，张云松！
(1.内蒙古科技大学稀土学院，内蒙古包头014010：2.唐山钢铁股份有限公司第—锅轧厂，河北唐山063000)
Vol.10 Suppl. No.1
Apr.2010
摘要：利用移动边界条件，对双喷嘴喷射成形柱状坏不同时刻热过程做出了表征，模拟了两组不同工艺参数下得到沉积坏的传热过程。研究结果表明，稳定生长条件下得到的柱状沉积坏除底部区域外各处温度比较均匀，且温度随时间变化趋势相似，可得到整体性能良好的沉积坏：非稳定生长条件下得到的沉积坏除中心区域外其余各处温度相差较大，顶部和底部冷却速度明显大于中心部分，得到沉积坏整体性能较差，利用数值模拟方法可以理解喷射沉积动态热
过程，有效优化沉积工艺，对获得优质沉积材料具有一定指导意义关键调：喷射成形：双喷嘴：传热过程；数值模拟
中图分类号：TF746 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2010)S1-0165-06
(2)由于辐射换热远小于沉积坏与基底的换热，为了简化数学模型，在计算中忽略辐射换热对沉积坏温度场
喷射成形工艺是在铸造、粉末冶金工艺竞争中发展
起来的一种介于铸造冶金和粉末冶金之间的工艺，是种快速凝结技术，雾化后的颗粒细小从而使获得的金属组织细小均匀，既克服了传统铸造坏件晶粒粗大、偏析严重的缺点，又摒弃了粉末冶金工艺的工序繁多、氧化严重等不足，同时又兼有粉末冶金技术的优点，从而大大地提高了高合金金属的性能，在21世纪冶金三大前沿技术-熔融还原、近终形加工和半固态加工技术中，费射成形技术作为一种半固态近终形加工技术，倍受国内外广大研究者的青踩。在实际生产中，往往需要经过几十次甚至上百次的工艺实验，才能确定最佳工艺参数组合来制备具有一定尺寸且形状规范的锭材(2)
随着喷射雾流撞击基底后半固态颗粒在基底上的逐渐堆积，沉积体不断长大是一个动态凝固的过程，直到停止合金液流的募化，此时将在基底上得到一个沉积坏3，对喷射成形沉积坏的传热过程进行研究是理解喷射成形凝固过程的重要步骤，在喷射和募化阶段计算结果的基础上对其进行模拟将有助于了解喷射成形材料的组织形成规律[45]，本工作针对双喷嘴喷射情况下，利用移动边界条件对此过程进行数值模拟，进而有效地控制喷射成形工艺，以制备出具有优良组织结构和性能的材料6
2数学模型的建立 2.1模型假设
(1)沉积到沉积表面的金属液滴温度相同，等于沉积
液滴的平均温度T,[8-10]，在此处中令T,=1700K 收稿日期：2009-0826，修回日期：2009-1211
基金项目：国家白然科学基金和上海宝钢集团公司资助项目(编号：50474082)
的影响.
(3)假设在整个过程中基底与沉积坏的换热系数以及沉积坏与周围环境的换热系数始终保持恒定，
(4)沉积室内雾化气体的温度相同，均为Tg 2.2沉积还的传热控制方程
由于沉积坏具有轴对称性，传热过程主要存在于轴
向和径向，传热计算可以采用二维柱坐标系，对沉积坏纵切面的一半进行计算，其内部节点的传热基本规律可
以通过傅立叶导热微分方程来描述(,12) 增()-(50)~
)+H()
(ze)ze()
e
式中，T为温度(K)，t为时间(s)，p为沉积坏的密度(kg/m")，C,为沉积坏的比热睿[J/(kg·K)]，r,z为二维平面坐标(m)，为沉积坏的导热系数[W/(m-K)]，H,为结晶潜热结晶潜热(J/kg),f为凝固过程中的固相体积分数用下式来确定
fo
=(T)
2.3初始条件
T>I
T,STST. T (2)
沉积面的初始温度和雾化气体的温度均取373K，而不断更新的沉积层的初始温度取液滴到达沉积层的
平均温度T,=1700K 2.4边界条件
沉积面与募化气体的接触面采用对流给热边界条件，其边界传热方程为
作者篇介：奥文军(1976-)，男，内蒙古自治区呼和浩特市人，项士，讲师，主要研究方向为冶金过程数值模拟研究，E-mail:fanwenjun04@sohu.com 万方数据