【正文】 —粘滯損失（3）能量方程在流體流動(dòng)過(guò)程中存在著能量轉(zhuǎn)換，由能量守恒定律得能量方程： ()式中 —比熱—溫度—導(dǎo)熱系數(shù)—粘性功項(xiàng)—?jiǎng)幽堋w積熱源項(xiàng)—粘性耗散項(xiàng)對(duì)于層流問(wèn)題，動(dòng)量方程中的有效粘度即為動(dòng)力粘度。流場(chǎng)中有三個(gè)基本控制方程，分別基于控制容積內(nèi)的質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒。對(duì)每一個(gè)控制容積積分每一個(gè)微分方程，應(yīng)用表示網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)之間自由度變化的分段分布關(guān)系來(lái)計(jì)算所要求的積分?？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。它們不完全屬于流體，但在鑄軋過(guò)程中的流動(dòng)表現(xiàn)為連續(xù)介質(zhì)的性質(zhì)，所以本計(jì)算可以將三個(gè)相區(qū)內(nèi)的材料當(dāng)作流體來(lái)處理，采用流體理論模擬鑄軋過(guò)程中的流動(dòng)問(wèn)題，并就流動(dòng)的控制方程、鑄軋過(guò)程中的流體模型及通用微分方程的離散化進(jìn)行了研究。(4) 通過(guò)軋卡實(shí)驗(yàn)得到一定條件下的鑄軋區(qū)凝固樣品，研究其組織特點(diǎn)。(2) 研究不同的鑄軋速度（輥速不同）對(duì)鑄軋區(qū)中的鎂熔體在鑄軋過(guò)程中溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的影響。 本文研究的主要內(nèi)容本文通過(guò)大型模擬軟件ANSYS，對(duì)鎂合金鑄軋過(guò)程中的鑄軋區(qū)進(jìn)行了數(shù)值模擬，深入考察了不同工藝參數(shù)下鑄軋過(guò)程中鑄軋區(qū)的鎂熔體的溫度和流動(dòng)的分布情況，為工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。近年來(lái)有關(guān)鋁的鑄軋研究開(kāi)展得很廣泛，但對(duì)鎂的鑄軋研究卻很少。(5) 可提供一個(gè)“數(shù)值試驗(yàn)”的場(chǎng)所，代替現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物進(jìn)行開(kāi)發(fā)性試驗(yàn)，以節(jié)省費(fèi)用。(3) 對(duì)危險(xiǎn)的、超越正常條件的過(guò)程進(jìn)行模擬，以獲取試驗(yàn)測(cè)量無(wú)法得到的數(shù)據(jù)。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(guò)程最佳控制的有力工具，其作用主要為：(1) 對(duì)現(xiàn)有過(guò)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。對(duì)于所要研究的物理過(guò)程，它的數(shù)學(xué)模型主要由一組微分方程組成。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和數(shù)值技術(shù)的不斷成熟，利用計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)際過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬可以解決上述難題。然而，鑄軋是一種較為復(fù)雜的金屬凝固過(guò)程，其鑄軋工藝參數(shù)，如澆注溫度、鑄軋速度、冷卻強(qiáng)度及初始輥縫值等參數(shù)的可控制范圍窄，鑄軋過(guò)程的穩(wěn)定性難以控制，鑄軋過(guò)程中薄帶成形和表面質(zhì)量對(duì)熔池內(nèi)液體流動(dòng)、溫度分布及鑄軋輥與熔池之間的相互作用的變化十分敏感。該工藝是金屬凝固和軋制變形的有機(jī)統(tǒng)一，即液態(tài)金屬在結(jié)晶凝固的同時(shí)承受壓力加工和塑性變形，在很短的時(shí)間內(nèi)完成從液態(tài)金屬到固態(tài)薄帶的全部過(guò)程，取消了傳統(tǒng)的熱軋工序。鎂合金的加工成形技術(shù)作為鎂產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵一環(huán)，占有舉足輕重的地位，開(kāi)發(fā)節(jié)能、高效、優(yōu)質(zhì)的成形技術(shù)對(duì)于鎂合金制品的推廣和應(yīng)用無(wú)疑起著決定性的作用。另一方面，我國(guó)對(duì)鎂合金的研究和應(yīng)用更顯薄弱，大部分生產(chǎn)工藝技術(shù)都被國(guó)外控制，對(duì)我國(guó)企業(yè)實(shí)行技術(shù)封鎖。一方面，我國(guó)的原鎂質(zhì)量差，出口缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用的鎂在國(guó)內(nèi)的消耗量又很少，只能作為初級(jí)原料低價(jià)出口，屬典型的資源出口型工業(yè)。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”。崔小朝等為了簡(jiǎn)化對(duì)潛熱的處理步驟，采用了焓式有限元法，主要是在整個(gè)區(qū)域（包括液相、固相和兩相界面）建立一個(gè)統(tǒng)一的熱焓方程，用有限元法求出熱焓分布，然后根據(jù)熱焓與溫度的關(guān)系確定溫度場(chǎng)和兩相界面，計(jì)算中忽略了液相流動(dòng)的影響，且將圓弧段熔池簡(jiǎn)化為直線來(lái)處理[35]；金珠梅等利用ANSYS有限元軟件對(duì)雙輥連續(xù)鑄軋工藝中流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，分析了軋輥的換熱特點(diǎn)，認(rèn)為軋輥沿圓周方向帶走的熱不容忽視，建立了熔池和鑄輥混合區(qū)域的整體數(shù)學(xué)模型，分析了連續(xù)鑄軋過(guò)程熔池內(nèi)流場(chǎng)、凝固溫度場(chǎng)及鑄輥內(nèi)溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)的特點(diǎn)[36]。Manish GUPTA和Yogeshwar SAHAI[33]針對(duì)鋼的雙輥鑄軋過(guò)程建立了二維有限元數(shù)學(xué)模擬，假設(shè)鋼液為不可壓縮的牛頓流體，對(duì)連續(xù)方程、湍流NavierStokes方程及能量方程進(jìn)行了二維簡(jiǎn)化，并預(yù)測(cè)了輥速、輥的傳熱系數(shù)及鋼液的過(guò)熱度與帶鋼厚度之間的相互關(guān)系。Mo和Hoyda[31]在應(yīng)用商業(yè)軟件FIDAP對(duì)鋁的鑄軋過(guò)程中進(jìn)行了模擬，假設(shè)了鋁液為非牛頓流體。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者開(kāi)始陸續(xù)將有限單元法應(yīng)用到連鑄工藝方面，取得了許多有益的結(jié)論，為連鑄過(guò)程的研究提供了理論依據(jù)。Santos,.[27]等用有限差分法研究了雙輥薄帶鑄軋的凝固傳熱問(wèn)題，在求解中用等效比熱法處理凝固中的潛熱問(wèn)題，給出了凝固過(guò)程中的傳熱特征。Ha[25]等應(yīng)用的是非靜態(tài)模型，描述了伴隨凝固過(guò)程速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化，假設(shè)了液相的流動(dòng)為層流。此外，還編制了自動(dòng)網(wǎng)格劃分和數(shù)據(jù)形成預(yù)處理的通用程序，并采用有限元法、矩陣和直接差分法等各種數(shù)值計(jì)算方法對(duì)鑄帶的凝固過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬[23]。這些最初的嘗試使得研究者認(rèn)識(shí)到用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)研究鑄帶凝固過(guò)程具有巨大的潛力和廣闊的前景，相繼世界上許多國(guó)家都開(kāi)展了鑄帶凝固計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的研究[2122]。20世紀(jì)60年代初，丹麥的Forsund把Dusinberre等人在工程應(yīng)用中提出的有限差分近似法第一次用于鑄造凝固過(guò)程的傳熱計(jì)算，開(kāi)辟了用計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算法進(jìn)行凝固理論研究的新途徑。從有色金屬鑄軋板帶技術(shù)裝備到生產(chǎn)工藝我國(guó)已經(jīng)完全掌握了該項(xiàng)技術(shù)．生產(chǎn)出的設(shè)備和產(chǎn)品均能達(dá)到世界先進(jìn)水平。經(jīng)過(guò)多年的迅猛發(fā)展，到目前為止，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我同累計(jì)投產(chǎn)的雙輥式板帶鑄軋機(jī)多達(dá)100多套。同年又生產(chǎn)出—套φ980mm x1600mm的超型雙棍式傾斜式板帶鑄軋機(jī)，并著手進(jìn)行了計(jì)算機(jī)控制鑄軋機(jī)攻關(guān)試驗(yàn)，取得了初步成效，為實(shí)現(xiàn)鑄軋機(jī)的自動(dòng)化控制邁出了可喜的一步。這項(xiàng)工藝技術(shù)為我國(guó)鋁加工領(lǐng)域填補(bǔ)了一頂空白，為我國(guó)繼續(xù)研究、發(fā)股這項(xiàng)新工藝奠定了基礎(chǔ)。MDTRC適用于凝固時(shí)間長(zhǎng)的各種鋁合金，如A2128合金、A3003合金等。(Melt Drag Twin Roll Caster)的新的快速鑄軋方法。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)。此外，瑞士的阿魯蘇斯公司也研制出水平式雙輥鑄軋機(jī)。繼而法國(guó)的斯卡爾公司研制出稱之為3C(Continuous Caster Between Cylinders)法的雙輥水平式鑄軋機(jī)。1951年美國(guó)的亨特、道格拉斯(Hunter、Douglas)兩家公司聯(lián)合，將失敗的貝塞麥(Bessemer)方法重新進(jìn)行了研究，將生產(chǎn)方式上注式改為下注式，并改善廠兩輥的冷卻方式，采用了可控制金屬液靜壓力爐前箱，終于在1955年順利地鑄軋出寬型薄鋁帶還、創(chuàng)立了雙輥式鑄軋機(jī)，所以亦稱Hunter式鑄軋機(jī)。但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平和工藝技術(shù)條件而未獲成功。 Astro豐田4 200Ford F150 Truck奔馳2 700VW Passat Audi A4 amp。 1997年世界鎂合金用量最大的10個(gè)汽車生產(chǎn)企業(yè) Top ten magnesium alloy usage of automobile manufacturing enterprisesin the world in 1997鎂 合 金 用 量 最 大 的10 個(gè) 汽 車 企 業(yè)鎂 合 金 用 量 最 大 的 10 種 車 型汽車企業(yè)鎂合金用量/t鎂合金車型鎂合金用量/t福特17 500GM Full Sized Vans Savana amp。除壓鑄鎂合金被大量應(yīng)用在交通工具、3C產(chǎn)品上外，變形鎂合金應(yīng)用也開(kāi)始受到重視，并隨著鎂合金連接和表面處理等技術(shù)的不斷完善，使之在交通工具、3C產(chǎn)品上被應(yīng)用諸如摩托車、自行車、殘疾人用車、手提行李車，以及一些體育和生活工具中的應(yīng)用也越來(lái)越顯示出美好的前景。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]。按2001年汽車產(chǎn)量237萬(wàn)輛、摩托車產(chǎn)量1000萬(wàn)輛，每輛汽車鎂合金用量20Kg，每輛摩托車用量5Kg計(jì)算，[8]。我國(guó)是一個(gè)摩托車的生產(chǎn)、消費(fèi)和出口大國(guó)，也是一個(gè)潛在的汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。在歐美國(guó)家中，各國(guó)的汽車廠商正極力爭(zhēng)取采用鎂合金零件的多少作為汽車技術(shù)領(lǐng)先的標(biāo)志。鎂合金作為實(shí)際應(yīng)用中最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料，在汽車的減重和性能改善中的重要作用日益受到人們的重視。據(jù)測(cè)算，汽車自重減輕10%，%。美國(guó)制定了“PNGV”（新一代交通工具伙伴）的合作計(jì)劃，其目標(biāo)是生產(chǎn)出消費(fèi)者可承受的每100Km耗油3L的轎車，且整車至少80%以上的零部件可以回收。發(fā)達(dá)國(guó)家現(xiàn)在正在大力度地開(kāi)發(fā)鎂基材料，鎂基材料被認(rèn)為是最具開(kāi)發(fā)和應(yīng)用潛力的“綠色材料”[8,12,13,14]。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%。近年鎂合金在汽車和3C產(chǎn)品上的應(yīng)用格外引人注目。美國(guó)和德國(guó)政府也參與進(jìn)來(lái)，組織了一系列的攻關(guān)項(xiàng)目[911]，目標(biāo)是減輕汽車重量，節(jié)省能源。鎂合金壓鑄件最早出現(xiàn)在20世紀(jì)20年代中期的德國(guó)，到現(xiàn)在用鎂壓鑄件來(lái)減輕汽車重量的努力至少已有80年的歷史。戰(zhàn)爭(zhēng)中鎂主要用于軍事目的，大多用在飛機(jī)上，典型的應(yīng)用是發(fā)動(dòng)機(jī)部件、機(jī)體和著陸輪。直至第一次世界大戰(zhàn)，鎂的生產(chǎn)廠家還僅限于德國(guó)，而且鎂的產(chǎn)量很小。1755年人類發(fā)現(xiàn)了鎂的化合物，鎂作為有使用價(jià)值的材料始于1808年，直到1886年鎂合金才在德國(guó)開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)[9]。這些合金的強(qiáng)度比一般鎂合金高得多，甚至高于一般鋁合金的強(qiáng)度。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。鎂合金也可分為含Al和不含Al鎂合金，又由于不含Al鎂合金一般都用Zr作為晶粒細(xì)化劑(MgMn除外)，故也可分為含Zr和不含Zr鎂合金。此外，在某些鎂合金中Th也是添加元素之一?？梢?jiàn)，我國(guó)對(duì)鎂合金標(biāo)記的特點(diǎn)是按成形工藝劃分鎂合金的。用于航空的鑄造鎂合金與其他鑄造鎂合金在牌號(hào)上略有區(qū)別，即ZM兩個(gè)字母與代號(hào)的連接加一個(gè)橫杠。合金的順序號(hào)表示合金之間的化學(xué)成分差異。 ASTM標(biāo)準(zhǔn)中鎂合金的英文字母代號(hào)所表示的化學(xué)元素 Chemical element of magnesium alloy indicated by English letter in ASTMEnglish letterSymbol of elementChinese nameEnglish letterSymbol of elementChinese nameAAl鋁MMn錳BBi鉍NNi鎳CCu銅PPb鉛DCd鎘QAg銀ERE混合稀土RCr鉻FFe鐵SSi硅GMg鎂TSn錫HTh釷WY釔KZr鋯YSb銻LLi鋰ZZn鋅我國(guó)對(duì)鎂合金的標(biāo)記方法比較簡(jiǎn)單，用兩個(gè)漢語(yǔ)拼音字母和其后的合金順序號(hào)（阿拉伯?dāng)?shù)字）組成。由于ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)記既適用于鎂合金也適用于鋁合金，因此既使像鐵那樣在鎂合金中僅以雜質(zhì)形式出項(xiàng)的元素，但考慮到是鋁合金中的元素。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(hào)合金在某一特定范圍內(nèi)的改變。字母的順序按在實(shí)際合金中含量的多少排列，含量高的化學(xué)元素在前，如果兩種元素的含量相同，則按英文字母的先后順序排列。C密度/比熱/J()1熱導(dǎo)率/W()1熱膨脹率/106K1粘度/20155―100－－200－－－－400－－－600－－650（固）－－－650（液）－－ 鎂合金的合金成分、牌號(hào)標(biāo)記及其分類(1)鎂合金的合金成分與牌號(hào)標(biāo)記[8]鎂合金的標(biāo)記方法有多種，各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)也不一樣，其中美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)記規(guī)則應(yīng)用最為廣泛。(8) 鎂合金尺寸穩(wěn)定，收縮率很小，不易因環(huán)境的改變而改變(相對(duì)于工程材料)。(6) 鎂合金是非磁性材料，電磁屏蔽性能很好，抗電磁波干擾能力強(qiáng)，可用于手機(jī)等通