单晶叶片铸造过程中界面换热系数的确定.pdf

学w. xiusi ul n
ar.2009
造
Vol 58 No.3
FOUNDRY
单晶叶片铸造过程中界面换热系数的确定
昆,李永毅,董一巍,蒋睿嵩,田琨
(西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,陕西西安710072)
摘要:为有效提高铸造数值模拟的准确性,以单晶空心涡轮叶片为典型件,设计试验方案,釆用钨铼热电偶进行温度
场数据采集工作。通过实测温度场、数値模拟温度场与界面换热系数反向求解相结合的方法,得出界面间换热系数随
时间变化的经验公式。通过逆运算,得到较为精确的涡轮叶片铸造过程界面换热值。结果表明,铸造过程数值模扠精
度得到了有效提高。
关键词;:温度场;数值模拟;反向求解;界面换热系数
中图分类号:TG214;V2613文献标识码:A文章编号:1001-4977(2009)03-0225-04
Determination of Interfacial Heat Transfer Coefficient During
Single Crystal Blade Casting Process
BU Kun, Ll Yong-yi, DONG Yi-wei, JIANG Rui-song, TIAN Kun
(Key Laboratory of Contemporary Design and Integrated Manufacturing Technology, Northwestern
Polytechnical University, Xi'an 710072, Shaanxi, China)
Abstract: To effectively improve the accuracy of the casting numerical simulation, using
experimental-scheme designed on the typical part of the single crystal hollow turbine blade, the
temperature field data were gathered using the W-RE thermocouples. The empirical formula that
IHTC interfacial heat trans er coef cient)changing with time was figured out by manner of the
measured data, the FEM(Finite-eement method) numerical simulation data and the inverse
computing of the interfacial heat transfer coefficient. Using the inverse method the more accurate
value of HT was gaine. The results show that the accuracy of the numerical simulation for casting
process is effectively improved
Key words: temperature field numerical simulation; reverse solution; interfacial heat transfer
coefficient
在铸件凝固过程中,界面换热行为决定铸件凝固向求解法对换热问题进行解答就显得尤为重要。
方式和凝固时间,并最终决定铸件的组织和性能?。
目前,界面换热系数测定法可从直接采用铸件在
同时,随铸造数值模拟软件技术发展,很多模拟软件生产现场温度实测的粗略估算得到,或通过实测温度
已成功用于熔模铸造,在预测铸造尺寸変形、铸造缺场进行反向求解得到。本试验即通过实测叶片铸造过
陷、优化铸造工艺方面发挥越来越大的作用明。铸件凝程温度场数据,用铸造模拟软件 Procast对实测温度场
固过程的数值模拟是铸造CAE软件的核心部分,而材进行处理反向求解得到凝固过程中界面换热系数,再
料参数及边界条件的准确性直接影响数值模拟的可靠利用求解的换热系数进行数值模拟,对比实测温度数
性。所以,铸件材料参数及准确的边界条件是提高数据与仿真温度数据,证实了反求法的可行性。
值模拟可靠性的必要条件(。
在实际应用中,材料参数可通过实验方法得到,
单晶叶片凝固过程分析
而换热问题尚未较好解决,简化措施就是采用一猜测
单晶高温合金叶片凝固过程较复杂,从高温合金
值或经验公式,这些猜测值或经验公式对凝固过程相熔化到最终凝固成形都在真空炉中进行,整套设备包
对较慢的砂型铸造计算结果误差较小,但在单晶铸造括如真空泵、机械传动装置、加热装置等多个部分。
凝固计算中,计算结果误差就较大甚至错误。因此,
为研究单晶凝固过程,笔者进行了简化,得到图1
通过适当实验方法对单晶凝固温度场进行测量,用反所示的单晶凝固过程示意图,图中包含炉体尺寸、叶
基金项目:国家863资助项目(2006AA04Z144);国家科技支撑计划项目(2006BAFO4B02)
收稿日期:2008-09-12收到初稿,2008-12-21收到修订稿。
作者简介:ト昆(196-)、女,湖南桃江人,博士,副教授,主要研究方向为计算机辅助设计与制造技术。E-mal: pukun890 nwpu.edu. cn