[发明专利]超声及旋流场下熔体中净化气泡瞬态传质模型构建方法

摘要

超声及旋流场下熔体中净化气泡瞬态传质模型构建方法，属于铝合金熔体质量运动领域，具体涉及一种超声及旋流场下熔体中净化气泡瞬态传质模型构建方法。本发明针对现有的缺陷，提供了一种能够在超声场及旋转场的复合场中定量分析传质速率、增加净化气泡瞬态运动的理论支撑的净化气泡瞬态传质模型构建方法。本发明所涉及的超声及旋流场下熔体中净化气泡瞬态传质模型构建方法，建模前进行假设，任意条件影响下熔体中净化气泡保持球形，构建净化气泡瞬态运动模型的完整运动方程，构建净化气泡瞬态传质模型，净化气泡运动传质耦合模型进行仿真分析。本发明尤其适用于实现航空航天、信息产业、交通运载等对铝合金构件的质量要求高的技术领域。

主权项

1.超声及旋流场下熔体中净化气泡瞬态传质模型构建方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤一、建模前，进行如下假设，任意条件影响下熔体中净化气泡保持球形，本过程处于恒温绝热状态；步骤二、构建超声及旋流场下熔体中净化气泡瞬态运动模型的完整运动方程，所述的超声及旋流场下熔体中净化气泡瞬态运动模型的完整运动方程为：式(36)中，为净化气泡距离液面深度的导数；净化气泡竖直方向速度；R为净化气泡半径；g为重力加速度；C_Dh为竖直方向的阻力系数；v_bh为净化气泡在竖直方向的分速度；为净化气泡在竖直方向分速度的导数；为净化气泡径向运动距离关于时间t的二阶导数；C_Dr为径向阻力系数；为净化气泡径向运动距离关于时间t的导数；ω_L为流体转速；ρ_L为液相流体密度；r为净化气泡径向运动的距离；r＝r(t)；r₀为净化气泡径向运动的初始距离；p_∞为流体中无穷处的压力，p_atm为标准大气压；p_∞≈p_atm；p_L为液相流体中泡壁表面压力；为净化气泡运动转过角度关于时间t的一阶导数，θ为净化气泡运动转过的角度，其中θ＝θ(t)；为净化气泡运动转过角度关于时间t的二阶导数；C_Dθ为横向阻力系数；θ₀为净化气泡运动角度的初始值，θ₀＝0；步骤三、构建超声及旋流场下熔体中净化气泡瞬态传质模型，所述的净化气泡瞬态传质模型为：式(48)中，m_b为净化气泡质量，其表达式为dm_b/dt为气泡瞬态传质速率；J为气泡界面质量流量；S为通量面积；α为气泡所确定的球坐标系下的极角；D_AB为气体分子在液体中扩散速率；υ_b为气泡运动的合速度，C^*为气液界面处气体的平衡浓度；C₁为气液界面处气体质量浓度；C_A是液相中气体的质量浓度；H为溶解度系数；p_b为任意时刻气泡内部压强；步骤四、根据净化气泡瞬态传质模型(48)与净化气泡瞬时运动速度υ_b及净化气泡随时间变化的半径R(t)，将净化气泡质量m_b的表达式进行变形，得到气泡运动的合速度υ_b与净化气泡随时间变化的半径R(t)的关系式，最后与净化气泡瞬态运动模型进行耦合，并进行数值计算，得到气泡传质速率变化情况；步骤五、超声及旋流场下熔体中净化气泡运动传质耦合模型进行仿真分析。