Casting Simulation Software

все о моделировании литейных процессов

 
 

 

Главная
  Castsoft.ru // Поддержка // Как правильно задать в ProCAST параметры теплообмена cо средой?

 

Софт

Как правильно задать в ProCAST параметры теплообмена cо средой?

 
 

Описание проблемы: Требуется смоделировать в системе ProCAST следующую ситуацию. Керамическая форма заполняется расплавом в вакуумной плавильной установке. После заливки форма выдерживается некоторое время в вакууме, затем извлекается на воздух и остывает до температуры окружающей среды. Необходимо задать параметры теплообмена с окружающей средой.

 

 

События

 

Статьи

Если требуется провести моделирование описанной задачи за один расчет, то, очевидно, потребуется задать параметры теплообмена с окружающей средой, зависящие от времени. Если не рассматривать процесс заливки, расчет можно поделить на два этапа: остывание в вакууме и остывание на воздухе. В вакууме происходит теплообмен излучением, на воздухе - за счет конвекции и излучения. Конвективный теплообмен с воздухом задается коэффициентом теплоотдачи Film Coeff. в граничном условии Heat. Радиационный теплообмен может быть задан в том же условии Heat двумя способами:

1. Тепловой поток пропорционален разности четвертых степеней температуры поверхности и температуры окружающей среды, умноженной на константу Стефана-Больцмана и степень черноты. Простая модель, не учитывающая размеры, конфигурацию и взаимное расположение излучающих тел.

2. Теплообмен излучением с учетом эффектов переизлучения и затенения (с расчетом угловых коэффициентов излучения). Более сложная модель, которая  учитывает взаимодействие частей геометрической модели (отливка и форма) с окружающими телами (печь, литейный цех,...). Поэтому, необходимо включить эти тела в геометрическую модель. Это делается с помощью Окружения (Enclosure).

Конкретизируем задачу и рассмотрим варианты реализации теплообмена со средой.

 

Материал отливки: Ni сплав;

Материал формы: керамика;

Температура нагревателей в вакуумной плавильной установке: 950 С;

Время нахождения формы в вакуумной плавильной установке: 90 сек;

Температура воздуха: 20 С.

 

1. Теплообмен со средой без участия "Enclosure"

Используется следующее уравнение для теплового потока:

,

в котором второй член определяет конвективное охлаждение, а третий - излучение

Первые 90 секунд отливка остывает в вакууме, значит используется только третий член уравнения. После 90-й секунды (например, начиная с 91-й сек. - остывание на воздухе) подключается конвективная составляющая уравнения теплового потока. Эта схема реализуется в двух граничных условиях типа Heat (одно для внешней поверхности формы, другое для внешней поверхности расплава). Граничное условие Heat для формы будет выглядеть так:

 

 

 

В правой части рисунка показаны временные зависимости, заданных параметров. Степень черноты задается приведенной величиной, поскольку первые 90 секунд подразумевается радиационный теплообмен между формой (εф = 0.5) и металлическими стенками установки (εм = 0.8). εпр = 1/(1/εф+ 1/εм - 1) = 0.44. В дальнейшем, при остывании на воздухе задается εпр= εф. Температура среды, заданная на интервале от 0 до 90 сек. это не что иное, как температура поверхности установки.

Граничное условие Heat для отливки будет точно таким же, за исключением приведенной степени черноты εпр, которая примет значения 0.67 (от 0 до 90 сек.) и 0.8 (от 91 сек. и далее) соответственно.

2. Теплообмен со средой с применением "Enclosure"

Используются те же два граничных условиях типа Heat (одно для внешней поверхности формы, другое для внешней поверхности расплава). Их настройки отличаются прежде всего тем, что степень черноты (не εпр, а εф и εм соответственно)  задается как постоянный параметр. Температура среды задается только на второй стадии остывания (на воздухе). Граничное условие Heat для формы будет выглядеть так:

 

 

 

Граничное условие Heat для отливки будет точно таким же, за исключением степени черноты, которая равна 0.8 (постоянно).

Окружение (Enclosure), для которого задаются степень черноты и температура, на первом этапе играет роль стенок плавильной установки, на втором - воздуха. Параметры на поверхностях окружения (упрощенно, всем поверхностям присваиваются одни параметры) задаются следующим образом:

 

Расчеты

Поддержка

 

Услуги

 

Контакты
 

Есть вопросы?

Напишите, мы ответим!

   
   
   
   
     

Главная | Софт | События | Статьи | Расчеты | Поддержка | Услуги | Контакты