Основные понятия теплового анализа

При моделировании литейных технологий в первую очередь вычисляется распределение температуры в отливке и форме, обусловленное всеми процессами распространения теплоты в системе. Совокупность значений температуры T во всех точках тела в каждый момент времени t процесса распределения теплоты называется температурным полем, или распределением температуры в данном теле.

Температура – скалярная величина, поэтому температурное поле – скалярное поле. Температурное поле тела в трехмерном пространстве выражается непрерывной и дифференцируемой функцией четырех переменных – времени и пространственных координат T (x, y, z, t).

Распространение теплоты происходит в результате развития трех различных по физической природе явлений: теплопроводности, конвекции и теплового излучения.

Теплопроводность сопровождается передачей энергии в пределах объема однородного тела или между контактирующими без зазоров телами. Различают теплоотдачу и теплопередачу. Теплообмен между граничной поверхностью тела и окружающей средой называется процессом теплоотдачи, а теплообмен между различными средами, разделенными телом или системой тел, – процессом теплопередачи.

Конвекция – это передача энергии от поверхности тела в окружающую среду, жидкую или газообразную, за счет движения молекул газа или жидкости. При конвективном теплообмене теплота с поверхности тела уносится жидкостью (или газом), которая перемещается относительно этой поверхности.

Излучение – это обмен энергией между объектами, а также объектами и окружающей средой посредством электромагнитных волн. При этом не требуется промежуточной среды (теплоносителя), и передача энергии может осуществляться в вакууме.

Затвердевание расплавов является фазовым превращением и моделируется в нестационарном тепловом анализе. При моделировании фазового превращения требуется учитывать скрытую теплоту, которая выделяется в процессе перехода металла из одного состояния в другое.

Рисунок 33* - Картина распределения скоростей конвективных потоков при кристаллизации слитка.

Рисунок 34* - Картина распределения скоростей конвективных потоков при кристаллизации слитка в сечении с отображением векторов.

Удобно по ходу расчета наблюдать сразу за несколькими полями, выбрав в списке позицию «4 вида». Высвечиваются поле сетки, поле температур, поле жидкой фазы и поле скоростей. Пользователь может самостоятельно открыть несколько окон с интересующими его полями и автоматически расположить их все на экране, обратившись в меню: Окно > Упорядочить. Если поместить курсор в центр пересечения разделяющих окна линий, нажать левую кнопку мыши и потянуть в сторону, размер окон изменится. Если утянуть указатель в один из углов экрана, останется только одно окно.

Не останавливая расчет, можно наблюдать за изменением различных расчетных параметров. Если присутствует несколько материалов формы, то можно высвечивать поля отдельно для каждого материала и совместно для нескольких материалов. Достаточно в окне со списком материалов поставить галочку напротив интересующего материала и поле для него будет отображаться.

Рисунок 35* – Распределение температур в сечении YZ.

Справа в окне выведена справочная информация о выбранных материалах (сплав, форма) и их начальных температурах. Чуть ниже информация о текущем состоянии расчета: реальное время физического процесса, % заполнения формы, % жидкой фазы в текущий момент и максимальная температура в отливке.

В процессе моделирования доступен просмотр всех перечисленных в списке рассчитываемых параметров: температура, объем жидкой фазы, локализация усадочных дефектов, микропористость по критерию Нияма, информация с датчиков, время затвердевания.

Модуль Банк Паспортов позволяет изучать файлы с паспортами различных отливок и вариантов моделирования. Это постпроцессор LVMFlow CV. Если отливка была промоделирована и выбранные расчетные поля были сохранены в паспорт в различные заданные моменты времени моделирования, эти поля и их сечения можно просмотреть, анимировать и создать AVI файлы. Также можно записать 2D сечения рассчитанных и сохраненных в паспорт 3D полей для дальнейшего просмотра и печати, имеется возможность удаления ненужных записей паспорта (меню Файл).

Рисунок 36* – Распределение температур в сечении XZ.

Рисунок 37 – Распределение температур по поверхности формы.

Рисунок 38* - Распределение температур в изложнице (дана картина в сечении).

Рисунок 39* – Формирование твердой фазы

Рисунок 40* – Усадочные раковины на поверхности вверху слитка.

Рисунок 41* – Усадочная раковина в разрезе.

Рисунок 42 – Тепловой поток в сечении.

Рисунок 43 – Значения критериев микропористости.

Рисунок 44 – Результат расчета теплового модуля.

Рисунок 45 – Расчетные значения продолжительности контакта с воздухом металла слитка.

Рисунок 46* - Расчетные значения продолжительности контакта с воздухом металла слитка.

Рисунок 47 - Расчетные значения продолжительности контакта металла слитка со стенкой изложницы.

Рисунок 48* – Время затвердевания слитка.

Рисунок 49* – Время (последовательность) заполнения металлом формы.

Рисунок 50* - Распределение шлаковых частиц

Рисунок 51* – Тепловые потоки при кристаллизации.

Рисунок 52* – Тепловые потоки при кристаллизации.

Рисунок 53* – Динамика прогрева формы

Рисунок 54* – Конвекция в главном сечении

Рисунок 55* – Конвекция на поверхности слитка.

Рисунок 56* – Прогрев формы после окончания заливки.

Рисунок 57 – Заполнение штампа.

Рисунок 58 - Оформление плакатов.

Общие указания по выполнению работы

1 Необходимо МИНИМАЛЬНО выполнить моделирование ОДНОГО варианта технологии (оценка до 6 включительно).

2 Моделирование 2х вариантов материалов (по заданию) и далее сравнение (на плакатах A1) результатов позволяет увеличить оценку работы до 9 баллов.

3 Анализ напряжений формы (дополнительно, нет в задании) позволяет оценить работу на ДЕСЯТЬ.

4 По тексту пособия рисунки с номером* - это то, что необходимо иметь в тексте пояснительной записки.

По всем вопросам тел +375(29)1023816

Жаранов Виталий а.406 к. 1 ГГТУ.

l8v@ya.ru