激光加热过程中稳态等温相变的数值模拟

本文对激光加热过程中稳态等温相变进行了数值模拟，结果表明，激光加热所产生的熔池内的液体在表面张力与浮力的联合作用下，形成顺时针的涡旋运动；在激光加热功率密度比较小时，可以忽略对流对传热的影响；随着功率密度的加大，对流的作用增强，其影响不可忽视。     

等离子弧焊接熔池演变过程的模拟和验证

本文建立了描述等离子弧焊接熔池相变传热与流动的三维数理模型,考虑表面张力、电磁力和浮升力的作用,并针对等离子弧焊接特点,改进组合式体积热源模型,上部采用双椭球热源,下部采用圆锥体热源。重点分析了焊接熔池形状和温度场的演变过程,熔合线的模拟形状与实验焊缝吻合,较好地呈现了焊缝的凸起和熔池宽度,验证了数学模型和热源模型的正确性。本文还进一步开展了焊接功率和焊接速度的影响分析。研究结果表明,流动对焊缝形状的影响不容忽略,而表面张力在三个流动驱动力中占主导地位;焊接功率越大,焊接速度越小,越有利于焊件焊透,数值模拟得到优化的焊接功率和速度有益于实际焊接生产质量及效率。     

非交错网格下三维准稳态激光重熔熔池数值模拟

对三维维稳态激光重熔问题进行数值模拟,模型考虑了熔池内金属液体的流动和换热。在非交错网格下,采用修正的动量插值技术和ＳＩＭＰＬＥ算法求解动量方程。数值结果表明表面张力温度系数δγ／δＴ对熔池内金属液体的流动方式有重要影响。当δγ／δＴ为－３．５×１０＾－６时,熔池中环。当δγ／δＴ为＋３．５×１０＾－４时,与负的表面温度张力系数情形相反,熔池中只存在沿逆时针方向流动的主对流环。通过灰铸铁激光相变硬     

镍基合金激光熔覆数值模拟及凝固参数预测

本文采用有限体积法对激光熔覆过程的温度场分布和熔体流动进行了数值模拟.基于CALPHAD相图法计算了基体和粉末的热物理性质,采用三维热源精确预测了凝固过程和温度分布,研究了Marangoni对流对熔池尺寸的影响.在熔池凝固过程中模拟所得出的温度梯度和凝固速度,预测了熔覆层凝固组织的演变趋势,相应的显微组织与实验结果吻合...     

焊接热输入对高温熔池形态的影响

焊接熔池形态对焊接过程和焊接质量有着重要影响,熔池的形状不仅决定了焊缝的形状,而且对焊缝的组织、力学性能和焊接质量均有重要影响。本文使用ANSYS有限元软件,采用"生死单元"技术,对X80管线钢复合型坡口多层焊的焊接过程进行二维模拟,研究各填充焊层受后一焊层热影响后,其高温停留时间和熔深随焊接热输入的影响规律。结果表明,焊层的峰值温度随着热输入的增加而增大,填充焊层焊接热输入从13.25 kJ/cm增加到14.57 kJ/cm,高温停留时间的百分比增量是热输入从12.04 kJ/cm增加到13.25 kJ/cm的一半;而各焊层熔深的增加值不变,均为0.45 mm。     

用能量平衡法确定激光焊接熔池尺寸

本文对前人提出的计算激光焊接深熔焊过程中熔池尺寸的方法进行了检验、改进与推广。从激光焊接过程中的能量平衡出发,预报了不同焊接工况下熔池的尺寸,并与实验数据进行了比较,得到了符合得比较好的结果。     

航天器密封舱微重力对流换热的数值分析

本文以某航天器密封舱热控设计为背景，对其密封舱空间对流换热问题进行了三维流动与传热数值模拟。考虑到空间微重力等一些特殊因素等影响，着重分析模拟了密封舱压力变化、地面自然对流和空间微重力以及风扇设计状态等变化因素对密封舱对流换热影响关系。分析表明，风扇对流强化换热效果明显，可以忽略地面自然对流影响，而且使舱内空气温度均匀。     

电磁力及其对MIG焊接熔池流场的影响

MIG焊接熔池具有不规则的表面边界,温度较高且分布极不均匀,在电磁力、浮力、表面张力等的作用下发生剧烈运动.基于熔池表面变形较大时电弧电流密度的双峰分布模型,建立了电磁力的计算模型.采用数值模拟技术研究了熔池中的流体力学行为,揭示了焊接工艺参数对熔池流场的影响规律.实验表明,计算与实测结果符合良好.     

电磁力及其对MIG焊接熔池流场的影响

MIG焊接熔池具有不规则的表面边界,温度较高且分布极不均匀,在电磁力、浮力、表面张力等的作用下发生剧烈运动.基于熔池表面变形较大时电弧电流密度的双峰分布模型,建立了电磁力的计算模型.采用数值模拟技术研究了熔池中的流体力学行为,揭示了焊接工艺参数对熔池流场的影响规律.实验表明,计算与实测结果符合良好.     

不同焊接位置对5A90铝锂合金激光焊接质量的影响(英)

针对铝锂合金激光焊接产生的成形不良和气孔缺陷,探究不同焊接位置对焊缝成形及气孔的影响,并对比分析不同焊接位置熔池受力状态、熔融金属流动和小孔动态行为,解释缺陷形成及其抑制机理。研究发现:不同焊接位置熔池受力状态和熔融金属流动决定焊缝成形。平焊时焊缝成形差、下榻严重;横焊时背面焊缝不连续,有飞溅;立向上焊时背面焊缝内凹严重;立向下焊可得到最优焊缝成形和最优的气孔缺陷。焊缝气孔受小孔动态行为影响,不同焊接位置气孔随热输入的变化规律一致,气孔先增后减,在仅熔池透状态下有气孔最大值。立上焊时小孔不稳定,焊缝气孔多且分布杂乱;立向下焊时小孔稳定性高,气孔最少,主要分布在焊缝中心线上。     

绕汽柱热毛细对流的数值模拟

本文建立了一个在常重力及微重力情况下绕汽柱热毛细对流的数学模型,并采用有限差分法来积分非稳态动量方程和能量方程,得到了不同参数下热毛细对流的数值解．通过数值模拟,得到了不同参数下热毛细对流的速度矢量场,了解了有关无量纲参数对热毛细对流的影响规律．得出结论：热毛细对流不仅在微重力条件下存在,即使在重力场中,在特定情况下也是不能忽略的。     

Preliminary study of two immiscible liquid layers subjected to a horizontal temperature gradient

Marangoni convection, driven by interfacial instability due to a surface tension gradient, presents a significant problem in the crystal growth process. To achieve better materials processing, it is necessary to suppress and control this convection, especially in crystal growth using Liquid Encapsulated Czochralski techniques in which the melt is encapsulated in an immiscible medium. Marangoni convection can occur at the liquid-liquid interface and at the gas-liquid free surface. Buoyancy driven convection can also affect and complicate the flow. The present report studied Marangoni convection in a two-liquid layer system in an open and enclosed cavity. Flow in the cavity was subjected to a horizontal temperature gradient. Interactive flow near the liquid-liquid interface was measured by the Particle Image Velocimetry (PIV) technique. The measured flow field is in good agreement with numerical predictions.     

新型分离结晶法的三维数值模拟研究

本文借助三维数值模拟的方法,对微重力条件下新型分离结晶Bridgman生长过程中熔体内部的热毛细对流进行模拟计算。结果表明:(1)Ma数较小时,流动为稳态流动;当Ma数超过一定数值后,流动发展为非稳态热毛细对流。(2)狭缝宽度越大,流动越容易失稳。(3)随着高径比的增大,狭缝处流胞的流动范围增大。     

Interaction between buoyant and solutocapillary convections induced by a surface-active source placed under the free surface

The onset and stability of solutal (buoyancy and Marangoni) convection induced by a localized source of surface-active substance placed under an interface were studied both experimentally and theoretically. It was shown that the competition between the buoyancy and solutocapillary convection can lead to the onset of oscillatory convection. The period of the observed oscillations appreciably depends on the relation of Grashof and Marangoni numbers and on the aspect ratio of the geometrical sizes of the problem. It was found out that an increase of the buoyancy contribution leads to the onset of stationary convection instead of oscillatory one.     

电弧特性及其对熔池形貌影响的数值模拟

通过电弧模型与熔池模型耦合数值模拟,研究了氩弧和氦弧特性及其对SUS304不锈钢钨极惰性气体保护（TIG）焊熔池形貌的影响.通过比较氩弧和氦弧的温度轮廓线以及阳极表面电流密度和热流密度分布发现,氦弧的径向距离比氩弧收缩明显,导致更多热量传递给阳极.模拟了氩弧和氦弧下浮力、电磁力、表面张力和气体剪切力分别对熔池形貌的影响.结果表明：不论是在氩弧还是在氦弧下熔池中表面张力是影响熔池形貌的最主要驱动力.在氩弧下,影响熔池形貌的另一个重要的驱动力是气体剪切力,而氦弧下则是电磁力.由于电磁力引起的内对流运动增加了熔深,从而导致相同氧含量时氦弧下的熔深和焊缝深宽比要高于氩弧下的熔深和焊缝深宽比.随着氧含量的增加,氩弧和氦弧下的焊缝深宽比均先增加而后保持不变.焊缝深宽比的模拟结果与实验结果符合较好. 关键词： 氩弧 氦弧 电弧特性 熔池形貌     

边界耦合的Marangoni对流边界层问题的近似解析解

研究了由温度梯度引起的Marangoni对流边界层问题.由于动量方程和能量方程的边界条件耦合,利用相似变换将偏微分方程组转化为常微分方程非线性边界值问题.通过巧妙引入摄动小参数对速度和温度边界层方程同时渐近展开求解,得到了问题的近似解析解,并对相应的动量、能量传递特性进行了讨论. 关键词： Marangoni对流 近似解析解 渐近展开     

微重力下凝结和沸腾着的汽泡周围流场

1引言尽管对沸腾换热已有大量的研究，但对沸腾过程中驱动汽泡外流动的机理仍没有透彻理解，通常认为，汽泡外流动是由液体自然对流引起的。但是，近来的微重力实验表明［‘］；在没有自然对流的微重力场中，沸腾换热同样很剧烈。为了弄清正常重力和微重力环境中驱动换热的机理，很有必要作进一步的研究。本文数值分析了微重力环境下驱动壁面汽泡周围液体流动的基本机理，深入分析了Marangoni效应的影响，同时考虑表面凝结和蒸发过程的作用。2理论模型汽泡外流动可由二维层流N－S方程及烙方程来描述，流动是由Marangoni边界条件驱动，该条…     

大尺度环形液池内双层热毛细对流不稳定性

假设双层流体的交界面不发生变形,热毛细力作用于此交界面,三维数值研究了大尺度环形液池中双层流体系统在内外壁面温差加热下的热毛细对流不稳定性,其中外壁面维持高温,内壁面维持低温。计算结果显示,上下层流体的流动特性受Marangoni效应和浮力效应的影响;热毛细对流的振荡产生于内壁面附近,并沿着温度梯度的方向传播;随着温差的增大,热毛细对流的振荡逐渐增强,温度振荡波数增大。