T形铸件浇注后温度场分布情况研究报告.doc

T形铸件浇注后温度场分布 情况研究报告 1、问题描述 如图所示T形铸钢件，采用砂型塑造 初始温度：25C，浇注温度：1550C，试用数字模拟法给出该T形铸件在浇注后不同时刻（至少3个时刻）的温度场分布（不少于5条等温线）。 热分析技术理论基础 2.1、铸钢件分析 我们通过ANSYS简化认为砂型温度一直保持25℃不变。查找铸钢件的热参数：导温系数：46.5W/(m·℃) 比热：460.5J/(kg·℃) 密度 7850kg/m3。 2.2、 热量平衡微分方程式 在一般三维非稳态温度场问题中， 对于任一微元体根据能量守恒定律， 在任一时间间隔内有以下热平衡关系： 导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能（内能）的增量。 在直角坐标系中的热量平衡微分方程式为： 式中：ρ 为微元体的密度；c 为比热容；t 为时间；k 为热导率；Q 为单位时间内单位质量内热源的生成热。 2.3、 瞬态传热热分析技术瞬态 传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。在这个过程中系统的温度、热流率、热边界条件以及系统内能都随时间有明显变化。根据能量守恒原理，瞬态热平衡可以以矩阵表达为： [C]{}+[K]{T}={Q} 式中：[C]为比热矩阵，考虑系统内能的增加；{}为温度对时间的导数。 ANSYS 模拟制作与分析结果 3.1、定义单元属性、材料性能参数 问题二维平面图形选用二维平面单元Plane55，将铸钢件的导温系数、密度、比热分别进行定义。 3.2、建立几何模型 如图所示 3.3、划分网格 3.4、加载载荷 3.5、求解温度场分布 当t=2s时，最高温度为1530.7C 当t=16s时,最高温度为987.332C 当t=32s时，最高温度为503.536C 当t=64s时,最高温度为132.211C 当t=128s时,最高温度为30.0956C 结果分析与结论 ⑴ 在进行瞬态温度场分析时，我们常常遇到的一个问题是温度结果明显不合理，计算得到的温度高于给定的最高温度或低于给定的最低温度。造成这种结果有两个原因：①单元不合理，网格太大；②时间积分不恰当。针对上述两个原因，我们可以采取措施：①细化网格；②选择向后积分法（THELA=1)。 ⑵端面温度最高点靠近重心处，温度最低点在边界处。这是因为边界处与介质接触，对流换热系数大，散热效果好，，而靠近重心处热量只能向周围扩散，散热效果差，所以，这就导致了重心处温度高，边界处温度低。 ⑶在近边界面处轴向温度梯度大，在远离边界面处温度梯度小，这与铸件材料的导热系数、周围介质的对流换热系数有关，所以，为了避免较大的热变形和热裂现象出现，应尽量选择导热系数大的材料或通过其他途径改善周围介质对铸件的散热效果。