[发明专利]一种球墨铸铁铸锭石墨球尺寸数值预测的方法

权利要求书

1.一种球墨铸铁铸锭石墨球尺寸数值预测的方法，其特征在于，包括：

步骤一、对铸造系统进行网格划分；

步骤二、对所有网格计算能量守恒方程，获得三维方向铸造系统温度场分布；

步骤三、对于铸锭中平行于重力方向的中心截面网格计算动量守恒方程，获得该计算网格中的金属液流动速度；

步骤四、对于铸锭网格和铸锭中平行于重力方向的中心截面网格，计算石墨球尺寸；

步骤五、重复步骤二至四，直至所有铸锭网格和铸锭中平行于重力方向的中心截面网格的温度T_in均小于共晶线温度T_E。

2.根据权利要求1所述的球墨铸铁铸锭石墨球尺寸数值预测的方法，其特征在于，步骤一具体为：

对X米×Y米×Z米的铸造系统进行宏观尺度网格剖分，X方向、Y方向和Z方向分别采用Δx、Δy、Δz作为网格剖分步长，Δx米＝Δy米＝Δz米，Δx、Δy和Δz的取值范围为1×10^-3米～4×10^-3米，计算网格的标号为(i，j，k)_char，其中i，j和k均为整数，i的取值范围是1～L，j的取值范围是1～M，k的取值范围是1～N，下角标char＝2表示铸型网格，下角标char＝0表示铸锭网格，下角标char＝21表示铸锭中平行于重力方向的中心截面网格；铸造系统在X轴、Y轴、Z轴方向上的最小值分别为X_min、Y_min、Z_min，在X轴、Y轴、Z轴方向上的最大值分别为X_max、Y_max、Z_max。

3.根据权利要求2所述的球墨铸铁铸锭石墨球尺寸数值预测的方法，其特征在于，步骤二具体为：

若计算网格(i，j，k)_char的下角标char＝0，则表明该计算网格为铸锭网格但不为中心截面网格，采用下式计算温度场：

如果计算网格(i，j，k)_char的下角标char＝21，则表明该计算网格为铸锭网格且为中心截面网格，采用下式计算温度场：

如果计算网格(i，j，k)_char的下角标char不为0且不为21，表明该网格不为铸锭网格，采用下式计算温度场：

[H]_m-char＝ρ_m-charc_m-charT_m-char

其中下角标m-char表示非铸锭材质；c_m-char为比热，ρ_m-char为密度，λ_m-char为导热系数，T_m-char为温度，[H]_m-char为热焓，t为时间；下角标in表示球墨铸铁，c_in为比热，ρ_in为密度，λ_in为导热系数，T_in为温度，[H]_in为热焓，L_in-heat为合金潜热，为二维方向合金液流动速度的合速度，T_L为液相线，T_E为共晶温度；为哈密顿算子。

4.根据权利要求3所述的球墨铸铁铸锭石墨球尺寸数值预测的方法，其特征在于，步骤三具体为：

针对所有下角标char＝21的计算网格(i，j，k)_char＝21，计算动量守恒方程，获得该计算网格中的金属液流动速度：

其中f_l为液相分数，U_z和U_y为二维截面上Z方向和Y方向上液体流动速度且0s时的值为0m/s，P为液相压强，μ_l为液相粘度，为重力加速度，β_T为温度膨胀系数，K_per为糊状区渗透率，λ_c为枝晶臂间距。

5.根据权利要求4所述的球墨铸铁铸锭石墨球尺寸数值预测的方法，其特征在于，步骤四具体为：

针对所有下角标char＝0和21的计算网格(i，j，k)_char，计算石墨球尺寸：

其中和分别为t+Δt时刻和t时刻下的石墨球半径，t为0s时，Δt为时间步长，ρ_gra为石墨密度，G_gra为石墨球生长系数，为液相-石墨界面处碳成分，为热力学平衡状态下液相-石墨界面处碳成分，为远处液相中碳成分，为碳在液相中扩散系数，kp_gra为石墨与液相之间碳元素分配系数；

采用迭代法计算Δt时间步长内的和首先，

由R(ni)^*可得

其中ni为迭代次数；ni＝1表示Δt时间步长内第一次迭代，此时ni＞1，R(ni+1)＝R(ni)^*；

如果的绝对值小于3×10^-5，则表明计算收敛，用该值计算

如果的绝对值大于或等于3×10^-5，则表明计算不收敛，令R(ni+1)＝R(ni)^*，再次计算R(ni+1)^*、重复上述迭代计算，直到计算收敛；记录(t+Δt)时刻下的最终获得随时间变化曲线；

针对下角标char＝21的计算网格(i，j，k)_char，记录每个时刻t下的针对下角标char＝0的计算网格(i，j，k)_char，记录每个时刻t下的