凝固過(guò)程中的傳熱ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-31 18:09 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ????cc wDw 2?????Lswwk**?? ? ?????? ?????? nwDdVwdVw LLLsssLLL ??? **15 3. 平界面一維凝固過(guò)程溶質(zhì)的擴(kuò)散與再分配 平界面凝固過(guò)程中的傳質(zhì)與溶質(zhì)再分配是最基本的傳質(zhì)問(wèn)題，對(duì)許多復(fù) 雜傳質(zhì)問(wèn)題的研究是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的。 （ 1） 平衡凝固條件下的溶質(zhì)再分配 （ 2） 固相無(wú)擴(kuò)散而液相均勻混合的溶質(zhì)再分配 （ 3） 固相無(wú)擴(kuò)散，液相中有擴(kuò)散而無(wú)對(duì)流的溶質(zhì)再分配 （ 4） 液相中部分混合（對(duì)流）的溶質(zhì)再分配 16 （ 1） 平衡凝固條件下的溶質(zhì)再分配 凝固的固相成分計(jì)算 ：設(shè)該溫度下 固、液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 fs和 fL，則兩 者間符合杠桿定律： 固相中的溶質(zhì)分配關(guān)系為 ： 接近固相線時(shí)，殘存的液相中成 分為 C0/K0，當(dāng)全部凝固后合金成 分為 C0。 ? 平衡凝固只是一種理想狀態(tài)，在實(shí)際中一般不可能完全達(dá)到，特別是固相中原子擴(kuò)散不足以使固相成分均勻。對(duì) C、 N、 O等半徑較小的間隙原子，由于固、液相擴(kuò)散系數(shù)大，在通常鑄造條件下，可近似認(rèn)為按絕對(duì)平衡情況凝固 。 0CfCfC LLSS ??? ? 00** 1 CfKCfCSSSS ???? ? SS fKCKC 000* 11 ???17 （ 2） 固相無(wú)擴(kuò)散而液相均勻混合的溶質(zhì)再分配 固相成分的計(jì)算（ Scheil公式） ： 積分后可得： 即： 由 fS = 0時(shí)，可得： A = K0C0 稱為 Scheil公式 ， 非平衡結(jié)晶時(shí)的杠桿定律 ， 亦稱正 常偏析方程 。 可見(jiàn)隨著固相的分?jǐn)?shù)增加 ， 其界面上的 分和液相的平均成分均增加 ， 而當(dāng)溫度降到平衡時(shí)的固相線時(shí) ， 仍然有一部分液體 殘留 ， 甚至達(dá)到共晶溫度時(shí)還有液體存在 ， 而發(fā)生共 晶轉(zhuǎn)變 。 這種凝固的結(jié)果是在固相中存在偏析 。 ? ? ? ?0*00 11 K dCfK dfK Sss ???? ? SSss CKdCfdf *0*11 ???? ?? ?1* 01lnln ??? KSS fAC? ?? ?1* 01 ??? KSS fAC? ?? ?100* 01 ??? KSS fCKC? ?10* 0 ?? KLL fCC18 （ 3） 固相無(wú)擴(kuò)散，液相中有擴(kuò)散而無(wú)對(duì)流的溶質(zhì)再分配 1） 最初過(guò)渡區(qū) 2） 穩(wěn)態(tài)區(qū) 當(dāng) C*S = C0、 CL* = C0/K0時(shí)，便 進(jìn)入穩(wěn)定生長(zhǎng)階段，固相生長(zhǎng)所排出的溶 質(zhì)量等于液態(tài)中擴(kuò)散走的量。在此區(qū)，液 相內(nèi)各點(diǎn)上的成分保持不變。 Tiller等通過(guò)求解界面前擴(kuò)散方程確定了 凝固過(guò)程達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的溶質(zhì)分布函數(shù)： 界面前沿的富集區(qū)內(nèi)，成分按指數(shù)關(guān)系衰減。 02,2,2 ??? dxdCRdx CdDdtdC LLLL02,2,2 ?? dxdCDRdx Cd LLL???????? ???? ,00011 xDRLLeKKCC19 當(dāng) 時(shí) ， 故 稱為 特性距離 。此時(shí)，（ CL C0）值降到 在同樣的原始成分 C0時(shí)， R越大， DL越小， K0越小，則在液 固界面前沿 溶質(zhì)富集越嚴(yán)重，曲線越陡峭。 如果凝固速度 R發(fā)生變化： 液、固相的成分均會(huì)發(fā)生波動(dòng)。 R2＞ R1及 R2＜ R1的情況： 舊穩(wěn)定狀態(tài) → 過(guò)渡區(qū)（高度、距離、時(shí)間長(zhǎng)短） → 新的穩(wěn)定狀態(tài)（陡峭情況、面積） RDx L?, ? ? eKCCC L 111000 ???????? ???RDL eKC 1)11(00??20 凝固初期非穩(wěn)態(tài)與末端過(guò)渡區(qū)的溶質(zhì)分布： 凝固初期非穩(wěn)態(tài)的溶質(zhì)分布 ： Pohl于 1954年以菲克第二定律一維公式為基礎(chǔ)對(duì)凝固過(guò)程初期非穩(wěn) 態(tài)過(guò)程的溶質(zhì)分布進(jìn)行了求解。 假設(shè) （ 1）液相無(wú)對(duì)流只有擴(kuò)散；（ 2） k0為常數(shù)；（ 3）忽略界面擾動(dòng)； （ 4）忽略固相擴(kuò)散；（ 5）試樣橫截面尺寸恒定；（ 6）無(wú)元素氣化。 K值很小時(shí)： 析出固相的溶質(zhì)分布
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