铝合金超声凝固溶池流场数值模拟及试验研究的开题报告.docx

铝合金超声凝固溶池流场数值模拟及试验研究的开题报告 标题：铝合金超声凝固溶池流场数值模拟及试验研究 摘要：随着工业生产的不断发展，铝合金材料的应用越来越广泛。铝合金超声凝固技术是近年来发展起来的一种新型铝合金制备技术。超声波的作用下，可以显著提高铝合金的凝固质量和材料性能。而流场的研究是超声凝固技术的关键。本文拟对铝合金超声凝固溶池内的流场进行数值模拟及试验研究，以期探究超声波在铝合金溶池中的传播规律，研究流场对铝合金凝固质量的影响。 关键词：铝合金材料，超声波，凝固技术，流场，数值模拟，试验研究 一、研究背景和意义 铝合金材料具有密度小、强度高、耐腐蚀、导热性好等优点，被广泛应用于航空、汽车、轨道交通等领域。传统的铸造技术在铝合金制备中存在着一些问题，如凝固不均、氧化、夹杂等，影响了铝合金材料的质量。随着超声波技术的发展，超声波在铝合金制备中得到了广泛应用，对于提高凝固质量、优化材料性能具有重要意义。 超声波通过振动的方式使铝合金凝固体系中的液态金属产生一系列复杂的流动，从而影响铝合金的凝固过程和结构特征。因此，超声波在铝合金凝固中的流动特性是研究超声波提高铝合金凝固质量和优化材料性能的关键。 二、研究内容和方法 本文拟对铝合金超声凝固溶池内的流场进行数值模拟及试验研究。具体研究内容如下： 1. 建立铝合金超声凝固模型 选取一种常用的铝合金材料，建立超声凝固模型，并分析其凝固过程和凝固结构特征。 2. 建立铝合金溶池流场模型 通过对铝合金流体力学的分析和流体动力学方程的建立，建立铝合金超声凝固溶池的流场模型。 3. 进行数值模拟研究 采用计算流体力学（CFD）软件FLUENT对铝合金超声凝固溶池的流场进行数值模拟研究。分析超声波的传播规律，研究流场特征对铝合金凝固质量的影响。 4. 进行试验研究 通过实验研究验证数值模拟结果的可靠性。选取一些合适的指标来评估流场对铝合金凝固质量的影响。 三、预期成果 本文的预期成果如下： 1. 建立具有可靠性的铝合金超声凝固模型。 2. 建立铝合金超声凝固溶池流场模型，模拟铝合金超声凝固过程中的流场特征。 3. 通过数值模拟和试验研究研究超声波在铝合金凝固过程中的传播规律，探究流场特征对铝合金凝固质量的影响。 4. 提出优化铝合金超声凝固工艺的建议和方法。 四、研究计划 本研究计划分为以下几个阶段： 1. 研究背景、意义和研究内容的阐述（1个月）。 2. 建立铝合金超声凝固模型、铝合金溶池流场模型（2个月）。 3. 进行数值模拟研究（3个月）。 4. 进行试验研究（3个月）。 5. 编写论文并进行答辩（3个月）。 五、参考文献 [1] Lu J, Lee H, Wang F. Ultrasonic cavitation with liquid feeding process for fabrication of Al-Al2O3 metal matrix composites [J]. Materials Science and Engineering: A, 2010, 527(21-22): 5676-5680. [2] Dong J, Zhao J, Liu Y, et al. Acoustic streaming and microstructure evolution during ultrasonic melting of aluminum alloy [J]. Journal of Materials Science, 2019, 54(2): 1623-1637. [3] Cui J, Zhang L, Zhou J, et al. Influencing factors of ultrasonic cavitation in liquid metal and its ferrofluid application [J]. Powder Technology, 2014, 253: 179-185.