[发明专利]一种铸造过程中界面换热系数的测定方法

摘要

一种铸造过程中界面换热系数的测定方法，包括以下步骤：在铸型和型腔内部靠近铸型表面1mm-5mm的位置分别放置直径为0.1mm-0.5mmK型热电偶，热电偶插入到铸型内与铸型型腔内的一端都由2.0mm-10mm的陶瓷管保护，另一端则通过温度数据采集仪连接到电脑；根据铸件测量点和铸型内部测量点的温度变化数据，利用界面换热识别软件，得到铸件冷却凝固过程中的界面换热系数。本发明适用于包括铝合金，钢铁等不同金属材料的砂型铸造和熔模铸造、消失模铸造、金属型铸造、压力铸造等特种铸造。

主权项

一种铸造过程中界面换热系数的测定方法，通过在铸型和型腔内部分别放置热电偶，测得的数据输送至温度采集仪及计算机，得到界面换热系数；其中，在铸型和型腔内部靠近铸型表面1mm‑5mm的位置分别放置直径为0.1mm‑0.5mm型热电偶，热电偶插入到铸型内与铸型型腔内的一端都由2.0mm‑10mm的陶瓷管保护；热电偶测得的数据通过温度采集仪输入计算机，首先通过铸型和铸件内部已知的温度场来计算界面的热流量，然后运用反传热算法计算界面的换热系数，反传热算法的计算公式如式(1)所示h＝q/(Tcasting‑Tchill)h＝q/(Tcasting‑Tchill)  公式(1)h是界面换热系数(W m‑2K‑1)q是界面热流量(w m‑2)Tchill和Tcasting分别是铸型与铸件的表面温度(K)反传热算法的计算过程中，根据非线性估算法可以将随时间变化的热流量q(t)分成N个时间间隔的离散值(qi＝q1，q2…qN)，采用反传热算法计算界面热流量时，需要设置相应的反算参数，主要包括：热流量计算的时间步长Δθ、将来时间步长R、初始猜测的热流量、初始的温度场和迭代收敛误差判据等；这些参数设置后，开始计算，当第一个时间间隔Δθ内的热流量q1被迭代计算得到后，循环计算下一个时间间隔Δθ内的热流量q2，周而复始，直到每一个时间间隔Δθ内的热流量qi被计算出来为止；其中每一个时间间隔Δθ的热流量qi是通过计算温度与测量温度误差值最小的判据迭代计算获得，可用公式(2)表示：F(qi)=1MΣn=1M(Tni+RΔθ-Yni+RΔθ)2]]>                 公式(2)公式(2)中，函数F是通过迭代计算的目标函数，是在i+RΔθ时间内的测量温度，为在i+RΔθ时间内基于qi的计算温度，M是求解的未知热流量数；在每一次迭代计算热流量qi过程中，Δq通过下式计算：Δq＝S‑1×ΔTi+RΔθ                公式(3)公式(3)中，S是敏感系数，被定义为在铸型或铸件内某位置温度随着单位热流量变化的响应，通过数值差分的方法近似计算得到，其表达式如下：S=∂Tk∂qi=Tk(qi+ϵqi)-Tk(qi)ϵqi]]>               公式(4)公式(4)中，k＝1，2，…，P和i＝1，2，…，N，ε是一个数值差分计算采用的很小值，例如0.001；在迭代计算热流量时，通过一个迭代值Δq更新qi，一个阻尼系数μ被使用来稳定计算结果，μ的值小于1，迭代计算方程如公式(5)：qr+1i=qri+μΔq]]>                  公式(5)当公式(5)中计算的温度与测量的温度差值满足给定的收敛判据值时，如|ΔTi+RΔθ|≤Tcr，当前时间步长内的qi被计算得到；然后，将此时得到的界面热流值作为计算下一时刻热流值qi+1时的初始假设值，重复前面的过程，直到所有时间步长内的热流量q(t)被计算出来为止，然后将得到的q(t)代入公式(1)中计算得到界面换热系数。