【正文】 本文是用ANSYS模擬熱－流耦合問題，相對于單純的流場、溫度場模擬要復(fù)雜一些，所以制定合理的求解策略、施加正確的邊界條件是取得正確結(jié)果的關(guān)鍵。 鑄軋機(jī)主要參數(shù)及鑄軋條件Table Main parameters of the rolling mills and castrolling conditions參數(shù)數(shù)值軋輥直徑/m（上輥），（下輥）板帶厚度/ m澆注溫度/℃710，750，800鑄軋速度/ mmin12，3對流換熱系數(shù)/ Wm2℃17000、5000，10000、7000本文對在鑄軋區(qū)中的AZ31鎂合金進(jìn)行了數(shù)值模擬，： AZ31鎂合金化學(xué)成分 Chemical position of AZ31 alloy/%MgAlZnCaFeCuNiSiBal......鑄軋模擬過程所涉及到的物理性能主要是材料的密度、比熱、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)。第3章 鎂合金鑄軋區(qū)溫度場的數(shù)值計(jì)算雙輥薄帶鎂合金鑄軋過程中的溫度場及流場的數(shù)值模擬是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，它涉及到流體力學(xué)、傳熱學(xué)、計(jì)算方法、偏微分方程的數(shù)學(xué)理論和鑄軋工藝?yán)碚摰?。在傳熱學(xué)中，通常稱為內(nèi)熱源在單位時(shí)間里所釋放的熱能，以單位體積在單位時(shí)間所釋放的熱能給出，記為，單位是。工程上遇到的對流問題，往往不是單純的熱對流方式，而是流體流過物體表面時(shí)，依靠導(dǎo)熱和熱對流聯(lián)合作用的熱量傳遞過程，稱為對流換熱過程，亦稱放熱。由于各方程的離散化方法相似，所以離散的過程用統(tǒng)一的變量來表示，離散后的方程可以表示為： ()式中 —瞬時(shí)項(xiàng) —對流項(xiàng) —擴(kuò)散項(xiàng) —自由度項(xiàng) 統(tǒng)一方程中的各項(xiàng)的表達(dá)式 Components of general equation方程連續(xù)100動(dòng)量湍流動(dòng)能 湍流動(dòng)能耗散率(1)瞬時(shí)項(xiàng)表達(dá)式瞬時(shí)項(xiàng)的一般表達(dá)式為： ()式中 —形函數(shù)用集中質(zhì)量法計(jì)算時(shí)，上式可以改寫為： ()在計(jì)算過程中，使用了向后差分法，對于第n時(shí)刻，瞬時(shí)項(xiàng)為： ()式中下標(biāo)表示時(shí)間步。用Boussinesq假設(shè)的形式，可以將Reynolds應(yīng)力和Reynolds熱流表示為： ()式中 —Reynolds應(yīng)力—湍流粘度 ()式中 —Reynolds熱流 —湍流Prandtl數(shù)當(dāng)流動(dòng)為湍流時(shí)，有效粘性系數(shù)為： ()式中 —熔體的粘度由上面的假設(shè)，在湍流各向同性的前提下，湍流模型或湍流封閉的任務(wù)可以歸結(jié)為尋求湍流粘度的表達(dá)式。（1）湍流流動(dòng)的基本特征湍流流動(dòng)有兩個(gè)基本的物理特征：脈動(dòng)和漩渦。(3) 研究不同的輥帶間對流換熱系數(shù)對鑄軋區(qū)中的鎂熔體在鑄軋過程中溫度場和流場的影響。由于鑄軋工藝十分復(fù)雜，若單純通過試驗(yàn)研究來尋找最佳工藝參數(shù)及各工藝參數(shù)之間的相互匹配關(guān)系，不僅會(huì)浪費(fèi)很多人力、物力和財(cái)力，而且會(huì)耗費(fèi)很長時(shí)間。[32]建立了傳熱和流動(dòng)的二維模型，利用商業(yè)軟件PROCAST進(jìn)行了模擬，主要分析了熔池建立前的熱流過程，通過熱焓法解決凝固過程中的相變問題，得出了不同時(shí)刻熔池內(nèi)鋼液的溫度場。其中有從法國引進(jìn)的皮希涅(Pcchincy)3C水平式板帶鑄軋機(jī)，有從英國引進(jìn)的戴維公司雙輥傾斜式板帶鑄軋機(jī)，更多的是我國自行研制的國產(chǎn)設(shè)備。因這種向下向上的鑄軋法其供料嘴的安裝調(diào)整十分不便，1962年亨特公司提出鑄軋輥中心線連線與地平固成75度夾角的傾斜式雙輥式鑄軋機(jī)。在未來的七八年中，歐洲汽車制造業(yè)使用鎂合金將占總消耗量的14%，預(yù)計(jì)今后將以10%～20%的速度遞增，2005年將達(dá)到20萬t。20世紀(jì)70年代末，隨著國際性能源危機(jī)的臨近，汽車工業(yè)再次將投資的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向了輕質(zhì)的鎂合金材料。(2)鎂合金的分類根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，鎂合金有幾種不同的分類方法：根據(jù)化學(xué)成分的不同，工業(yè)鎂合金按主添加元素為Mn，Al，Zn，Zr和稀土分為5個(gè)基本合金系：MgMn，MgAlMn，MgAlZnMn，MgZr，MgZnZr，Mg稀土Zr，MgAg稀土Zr和MgY稀土Zr等。 純鎂的一些物理參數(shù)隨溫度的變化 Variation of some physical parameters of magnesium with temperatures溫度/186。(25176。C)熱導(dǎo)率Wm1K1156(27)Wm1K1146(527)比熱kJkg1K1(20176。鎂的原子序數(shù)為12，電子結(jié)構(gòu)為1S22S22P63S2，位于周期表中第3周期第2族。牌號標(biāo)記及其分類1 鎂的基本性質(zhì)及特點(diǎn)鑄軋區(qū)中部的兩個(gè)漩渦略向軋制出口端偏移。 also solid sample was obtained by experiment to study the solid microstructure in the castrolling zone, and the conclusions were obtained as follow:（1）With the increment of point of pouring, the flow tendency in the castrolling zone is hardly changed, the temperature everywhere in the castrolling zone increases more or less, the length of the liquid cave increases, the semisolid region enlarges, the semisolid shell around the nip point thins, freezing point is near to outlet and the temperature of strip in outlet also increases.（2）With the increment of castrolling speed, the length of the liquid cave increases, the semisolid region enlarges, the surface temperature of strip increases, the semisolid shell thins, freezing point is near to outlet and the two eddies in the middle of the castrolling zone shift to outlet appreciably.（3）with the increment of heat convection coefficient, the length of the liquid cave reduces, the semisolid region diminishes and the semisolid shell thickens appreciably. The freezing point and the two eddies in the middle of the castrolling zone are near to the nip point.（4）For the solid microstructure of the castrolling zone, the grains around the rolls are finer and more equiaxial than those in the middle of the castrolling zone. For those grains around the rolls, the nearer they are to outlet , the finer they are. Key words: numerical simulation，magnesium alloy，castrolling，temperature field，flow field 目 錄任務(wù)書1 金屬鎂及其合金C)；650176。36(551176。鎂的室溫塑性很差。緊接著表示化學(xué)成分的英文字母和表示元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，有時(shí)還用A、B、C、D等后綴表示同一牌號合金在某一特定范圍內(nèi)的改變。除以上常用鎂合金外，還有其它一些新系鎂合金，如MgZnCu系，典型合金有砂鑄合金ZC63和變形合金ZC71；MgLi系合金，其中LA141A和LS141A已在航空航天工業(yè)得以應(yīng)用。目前全世界汽車尾氣排放CO2所造成的污染占大氣污染的60%－70%。在北美和歐洲鎂合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域是汽車行業(yè)，[13]。因此，以后的生產(chǎn)廠家一般都選擇傾斜式或水平式雙輥鑄軋機(jī)。這些最初的嘗試使得研究者認(rèn)識到用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)研究鑄帶凝固過程具有巨大的潛力和廣闊的前景，相繼世界上許多國家都開展了鑄帶凝固計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的研究[2122]。鎂作為最輕的工程金屬材料，兼具強(qiáng)電磁屏蔽性、強(qiáng)減振性、高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、極高的比強(qiáng)度等物理性能，被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”。因此，數(shù)學(xué)模擬方法已日漸成為工程裝置優(yōu)化、仿真設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程最佳控制的有力工具，其作用主要為：(1) 對現(xiàn)有過程進(jìn)行診斷、優(yōu)化裝置設(shè)計(jì)及改善操作，設(shè)計(jì)出高效可靠的材料生產(chǎn)設(shè)備?？刂迫莘e法可以看成是加權(quán)余量法的一種特殊形式，其基本思想是將計(jì)算區(qū)域分成互不重疊的控制容積，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都由一個(gè)控制容積所包圍。大漩渦運(yùn)動(dòng)中的粘性耗散可以忽略，大漩渦在將能量傳遞給小漩渦時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)能量降低，動(dòng)能會(huì)消耗于小漩渦內(nèi)的粘性耗散。普朗特混合長度模型就是零方程模型，即二維坐標(biāo)系中湍流粘度系數(shù)表示為： ()式中 —混合長度，表示湍流脈動(dòng)程度該模型對于形式簡單的流動(dòng)，可得出較精確的結(jié)果。在一種介質(zhì)內(nèi)部或兩種介質(zhì)之間，只要存在溫差，就必然出現(xiàn)傳熱過程。實(shí)際上，熱輻射傳遞能量在真空中最有效。對控制表面來說，沒有質(zhì)量，也沒有體積，因此，能量守恒方程式中的能量釋放項(xiàng)和貯存能變化項(xiàng)都不存在了，守恒方程演化為： ()這就是對物體表面的能量平衡方程。（3）鑄軋輥在工作中不變形，且勻速運(yùn)動(dòng)。這樣在計(jì)算過程中只需改變比熱而無需考慮潛熱的影響，公式表示為： ()其中，為等效比熱，為鎂合金比熱，單位都是Jkg1K–1；為凝固潛熱，單位是Jkg1；，分別為液相線與固相線溫度，單位是℃。(2) 精確求解器主要有共軛殘差法(CR)、預(yù)條件共軛殘差法(PCR)和預(yù)條件廣義最小殘差法(PGMR)。對于本文有限元模型邊界條件的設(shè)定為：在鑄軋區(qū)入口處施加壓力（）邊界條件；同時(shí)也在鑄軋區(qū)入口處施加溫度邊界條件，其數(shù)值與澆注溫度相同。對于一般的鑄軋機(jī)而言，鑄軋輥的寬度要遠(yuǎn)大于鑄軋區(qū)的厚度和長度,兩側(cè)的側(cè)封板也可以盡可能減少熱量從側(cè)面的散失，因而可以忽略寬度方向的傳熱，加之為了方便計(jì)算，本文只將計(jì)算的物理模型（鑄軋區(qū)）簡化為二維。并且在有限元法計(jì)算輸入第二類邊界條件原始數(shù)據(jù)時(shí)，凡是熱量從物體向外流出者值都取正號，而熱量向物體流入者都取負(fù)號。實(shí)際物體的輻射熱流量的計(jì)算，可采用斯蒂芬－玻爾茲曼定律的經(jīng)驗(yàn)修正式，即 ()式中稱為實(shí)際物體的表面黑度或發(fā)射率，其值總小于1。在金屬固體中，這種晶格振動(dòng)波對熱量傳遞只起很小的作用，主要是依靠自由電子的遷移來實(shí)現(xiàn)