【正文】 分 類 號： TB333 單位代碼： 10183 研究生學號： 20xx432095 密 級： 公開 吉 林 大 學 碩士學位論文 機械攪拌制備 SiCp/20xx 復合材料及 攪拌過程中流場的數值模擬 Study on the fabrication of SiCp/20xx posites and the simulation of the fluid behavior in the stirred tank 作者姓名： 王啟龍 專 業(yè)： 材料加工工程 研究方向： 金屬基復合材料 指導教師： 王金國 教授 培養(yǎng)單位： 材料科學與工程學院 20xx 年 5 月 機械攪拌制備 SiCp/20xx 復合材料及 攪拌過程中流場的數值模擬 Study on the fabrication of SiCp/20xx posites and the simulation of the fluid behavior in the stirred tank 作者姓名： 王啟龍 專業(yè)名稱： 材料加工工程 指導教師： 王金國 教授 學位類別： 工學碩士 答辯日期： 年 月 日 未經本論文作者的書面授權，依法收存和保管本論文書面版本、電子版本的任何單位和個人，均不得對本論文的全部或部分內容進行任何形式的復制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權的商業(yè)性使用（但純學術性使用不在此限）。否則，應承擔侵權的法律責任。 吉林大學碩士學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交學位論文，是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 學位論文作者簽名： 日期： 年 月 日 i 《中國優(yōu)秀博碩士學位論文全文數據庫》投稿聲明 研究生院： 本人同意《中國優(yōu)秀博碩士學位論文全文數據庫》出版章程的內容，愿意將本人的學位論文委托研究生院向中國學術期刊（光盤版）電子雜志社的《中國優(yōu)秀博碩士學位論文全文數據庫》投稿，希望《中國優(yōu)秀博碩士學位論文全文數據庫》給予出版，并同意在《中國博碩士學位論文評價數據庫》和 CNKI 系列數據庫中使用，同意按章程規(guī)定享受相關權益。 論文級別： □√ 碩士 □博士 學科專業(yè)：材料加工工程 論文題目： 機械攪拌制備 SiCp/20xx 復合材料及攪拌過程中流場的數值模擬 作者簽名： 指導教 師簽名： 年 月 日 作者聯系地址（郵編）：吉林大學南嶺校區(qū)材料科學與工程學院 長春市人民大街 5988 號 130022 作者聯系電話： 15844001506 摘要 i 論文題目： 機械攪拌制備 SiCp/20xx 復合材料及攪拌過程中流場的數值模擬 專 業(yè)：材料加工工程 指導教師：王金國 教授 摘要 顆粒增強金屬基復合材料因其優(yōu)異的性能在航天、汽車等領域有著十分廣泛的應用前景。在眾多制備方法中，機械攪拌以其簡便性、靈活性和經濟性而被廣泛應用。攪拌的實質就是通過外力做功，利用在熔體表面形成的漩渦強制將陶瓷顆粒卷入到熔體中。攪拌容器內的流場對熔體內顆粒的運動和分散起著非常重要的作用。攪拌槳的選取、攪拌工藝都影響著攪拌槽內的流場。傳統(tǒng)的以實驗為基礎的攪拌槳設計，不僅設計周期長，費用高，而且很難直接觀測到熔體內的流動情況。而計算流體動力學的運用可以非常形象 直觀地觀察攪拌槽內顆粒的分散情況。本文通過計算機流體動力學方法，利用軟件 FLUENT14，選用多重參考系法（ MRF），模擬了攪拌槳的形式、槳葉的傾斜角、槳葉的浸入深度以及攪拌工藝（攪拌溫度、攪拌轉速、攪拌時間）對攪拌槽內流場及顆粒分散的影響。 在模擬優(yōu)化攪拌槳的基礎之上，本文采用機械攪拌制備 了顆粒增強SiCp/20xx 復合材料。通過金相觀察，系統(tǒng) 地 研究了攪拌工藝參數（攪拌溫度、攪拌速度、攪拌時間）對復合材料微觀組織、顆粒分布均勻性和部分鑄造缺陷的影響 ， 并優(yōu)化了攪拌工藝參數。 研究結果表明：采用三直葉槳時，碳化硅顆粒不能很好的懸浮。 當離底距離接近 25%左右時，攪拌槽內的流場能兼顧到攪拌槳下部和上部 ，顆粒分布較為良好。 當攪拌轉速升高到一定值后，液面以軸線為中心，內圈下降，外圈上升，在中心產生一個凹狀漩渦。隨著轉速的升高，下凹深度不斷增加 。 通過模擬和實際驗證， 當攪拌溫度 為 640176。C、攪拌轉速 為 500rpm、攪拌時間 為 10min 時，顆粒分布相對均勻且鑄造缺陷較少。 關鍵詞 ： 機械攪拌 ， SiC， 復合材料 ， 分散 ， 計算流體力學 ， 離散相模型 Abstract iii Title: Study on the fabrication of SiCp/20xx posites and the simulation of the fluid behavior in the stirred tank Specialty: Materials Processing and Engineering Supervisor: Prof. Wang Jinguo Abstract Particles reinforced metal matrix posites (PRMMC) have a very broad applications in the aerospace, automotive fields because of its excellent physical performance. Among numerous preparation methods, stir casting has been widely used for its simplicity, flexibility and economic. The substance of the stir casting is utilizing the vortex forming in the surface of the molten metal to involve the ceramic particles to the melt by force. The flow field in the stirred vessel plays a significant role in the particles’ dispersion behavior. The stirrer’s type and the stirring process all influence the flow field in the vessel. The traditional stirrer design which is based on the experiment is not only timeconsuming and moneyconsuming , but also difficult to observe the flow behavior in the stirred vessel. But the Computational Fluid Dynamics (CFD) can easily solve this problem because it can visually watch the particles movement in the vessel. In this thesis, the effects of stirrer type, inclination angle , immersion depth and the stirring process (revolving speed and the stirring time) are simulated by using the software FLUENT14,choosing Multiple Reference Frame. Based on the optimization of the stirring process by the simulation, SiCp/ 20xx posites are fabricated by stir casting. By metallographic observation and analysis, the effects of particle pretreatment and stirring process parameters ( stirring temperature, stirring speed, stirring time) on the distribution of the particles and the defects of the posites are studied. And thus, the stirring process is optimized. The results prove that： Using tristraight impeller， SiC particles are not suspended the impeller is 25% height off the bottom, the flow field of the 吉林大學碩士學位論文 iv top and the bootom both develop well, so the particles are in a better dispersed distribution. As the rotation speed grows , the inner liquid level falls while the outer level rises. Thus a vortex is developed, which grows bigger as the increase of the rotation speed. When the stirring temperature is 640176。C , stirring speed is 500rpm, stirring time is 10 min, the particles dispersed well and less casting defects are found in the posites. Key words: Stir casting, SiC, MMC, disperse, CFD, DPM 目錄 I 目錄 第 1 章 緒論 ........................................................................................ 1 選題意義 ....................................................................................... 1 機械攪拌制備顆粒增強金屬基復合材料的原理 ......................... 3 顆粒進入熔體的熱力學條件 ................................................. 3 顆粒進入熔體的動力學條件 ................................................. 4 機械攪拌制備 SiCp/Al 復合材料的技術問題 .............................. 5 SiC 顆粒與鋁基體之間的潤濕性 .......................................... 5 復合材料中的氣孔 ................................................................. 6 SiC 顆粒與基體之間的界面反應 .......................................... 7 SiC 顆粒的均勻分布 .............................................................. 8 攪拌槳的設計 ............................................................................. 10 本文的研究內容 ......................................................................... 13 第 2 章 攪拌槽內固液兩相體系的混合與數值模擬 ........................ 15