超聲波在鋁熔體中的聲場分布和空化效應及其對凝固過程影響.pdf

1、本論文重點探討超聲波在鋁熔體中的傳播特性、超聲空化效應、超聲能量傳播機制及功率超聲對純鋁凝固過程的影響。 論文的主要研究內容包括以下方面： 1.根據(jù)惠更斯原理，將換能器端面劃分為無數(shù)細小的面元，采用瑞利積分法，計算出正六邊形、正方形、圓形變幅桿端面聲場分布情況和各自的聲場指向性函數(shù)。利用Matlab軟件，計算出不同端面形狀的變幅桿在不同波數(shù)下的聲場指向性，得出在不同波數(shù)下，不同端面換能器聲場指向性的變化規(guī)律。并給出在相同

2、的波數(shù)和物性條件下，三種換能器聲場指向性的比較。 2.通過對超聲振動系統(tǒng)在鋁熔體中導納特性的分析，研究換能器機械品質因數(shù)與聲壓、聲強的相互關系。根據(jù)聲波折/反射原理，推導出超聲波從振動系統(tǒng)傳遞到工具頭與熔體接觸界面的聲壓幅值，同時建立了聲壓、聲強的相關數(shù)學模型，討論在鋁熔體中的功率超聲的分布情況，并計算出超聲波在鋁熔體中的聲強特征量值。 3.研究超聲空化在高溫鋁熔體中作用的基本原理，探討物理參數(shù)對超聲空化的影響，建立相關

3、的數(shù)學模型，采用Matlab軟件對Rayleigh-Plesset方程進行數(shù)值計算，研究在高溫鋁熔體中，超聲頻率、聲壓和空化泡的初始平衡半徑等對超聲空化作用的影響。 4.通過Marc軟件仿真直徑φ300mm純鋁圓鑄錠半連鑄過程，仿真出二維液穴曲線，結合超聲電源和變幅桿，建立聲場在鋁熔體中分布數(shù)學模型，研究和探討超聲波在鋁熔體中的傳播特性和聲場分布規(guī)律，分析超聲波傳播到凝固前沿聲波的折反射情況，計算出聲壓在凝固前沿各點的聲壓值。并

4、探討超聲波在鋁熔體中發(fā)生空化效應的行為特征，由聲壓分布規(guī)律，運用Matlab軟件，利用差商迭代法，對空化氣泡壁運功Rayleigh-Plesset方程進行數(shù)值計算，分析在不同初始半徑下純鋁超聲半連鑄發(fā)生空化效應的范圍，探索空化效應對鋁錠組織的影響規(guī)律。 5.研究在一定超聲參數(shù)條件下，功率超聲對鋁熔體凝固過程的影響。著重論述空化效應及其產生的高溫高壓理論，從而討論局部高溫高壓在鋁熔體凝固過程中引發(fā)的各種效應和動力學問題，并從空化效