液態(tài)金屬的流動(dòng)特征

1、1.3.5 液態(tài)金屬的流動(dòng)特征理想液體的流動(dòng) 液態(tài)金屬與一般流體不同，液態(tài)金屬在鑄型中流動(dòng)過(guò)程中，與型壁接觸并散熱，導(dǎo)致自身溫度降低，粘滯性和流動(dòng)阻力增大； 液態(tài)金屬充型時(shí)呈紊流流動(dòng)； 液態(tài)金屬中往往含有非金屬夾雜物，一般呈多相流動(dòng)。 與理想流體不同，液態(tài)金屬內(nèi)具有較大的內(nèi)摩擦力。但由于充型時(shí)間很短，建立在理性流體基礎(chǔ)上的水力學(xué)公式，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理仍然適合解決液態(tài)金屬的流動(dòng)問(wèn)題。 目錄 1. 穩(wěn)定流連續(xù)性方程 在不可壓縮的穩(wěn)定流中，取一微小流管(圖1-17)，液體通過(guò)斷面1和斷面2流進(jìn)流出，其面積和流速分別為dA1, u1和在dA2, u2，在dt時(shí)間內(nèi)，從斷面1流入的流體質(zhì)量為1u1dA1dt

2、，從斷面2流出的流體質(zhì)量為2u2dA2dt。 由于微小流管內(nèi)流體的質(zhì)量不隨時(shí)間而變，所以，單位時(shí)間內(nèi)從斷面1流入的質(zhì)量dQ1應(yīng)等于從斷面2流出的質(zhì)量dQ2，即：目錄 由于液體不可壓縮，即 1=2，則： 此式表明對(duì)于不可壓縮的流體呈穩(wěn)定流流動(dòng)時(shí)，流體的流速與其流過(guò)斷面的面積成反比。 目錄 總流的連續(xù)方程： 此式稱為流體的總流連續(xù)方程。 它們表明穩(wěn)定總流通過(guò)任意斷面的流量相等。 目錄 2. Bernoulli能量方程 在穩(wěn)定流中沿流線選擇一個(gè)微小圓柱體，如圖1-18所示。其截面面積為dA，長(zhǎng)度為ds，液流沿流線s方向運(yùn)動(dòng)。假設(shè)流體為理想液體，流動(dòng)過(guò)程中沒有內(nèi)摩擦阻力，且側(cè)面壓力垂直與流動(dòng)方向，在流

3、線s方向沒有分力。作用在微小圓柱體上沿s方向的力只有兩端的壓力和單位質(zhì)量的質(zhì)量力在s方向的分力fs。根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)第二定律，有：目錄 對(duì)于穩(wěn)定流如果質(zhì)量力是有勢(shì)的，存在是勢(shì)函數(shù)W，對(duì)于不可壓縮的液體而言，密度=const，則： 如果作用在元流上的質(zhì)量力只有重力，則W=-gZ，(g為重力加速度，Z為高度)，代入上式整理，目錄 得到： 式中，=g。該式稱理想液體元流的能量方程式，簡(jiǎn)稱伯努力方程。 式中Z代表單位重量液體從某一基準(zhǔn)面計(jì)算起所具有的位能(簡(jiǎn)稱位置頭)； p / 代表單位重量液體所具有的壓力能（簡(jiǎn)稱壓力頭）； Zp / 之和反映了單位重量液體所具有的總勢(shì)能。 第三項(xiàng)u2/2g代表單位重量液

4、體所具有的動(dòng)能(簡(jiǎn)稱速度頭)。目錄 如圖1-20：假設(shè)： 粘體沿x軸方向運(yùn)動(dòng)，流體與xoy平行，呈層片運(yùn)動(dòng) ， 層片相互滑動(dòng)產(chǎn)生摩擦力。且 摩擦力與速度在z軸方向單位長(zhǎng)度上的變化量成正比，則兩層片間產(chǎn)生的切應(yīng)力為：比例常數(shù)內(nèi)摩擦系數(shù)，即粘度 運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)目錄 液態(tài)金屬有粘度?圖1-20目錄 分析理想液體運(yùn)動(dòng)時(shí)，采用微小液流，得出公式有普遍性與被研究對(duì)象的尺寸無(wú)關(guān)。實(shí)驗(yàn)時(shí)： ？A 對(duì)任一物體縮小了的模型結(jié)果何種條件下可用？B 流體繞著任一物體流動(dòng)之形何種條件與它繞著該物體縮小的模型流動(dòng)相似？ 相似定律條件：雷諾數(shù)相同 弗勞德數(shù)相同 目錄 兩個(gè)無(wú)良綱數(shù)相同時(shí)，處于重力作用下的粘性不可壓縮液體的兩個(gè)

5、流動(dòng)是力學(xué)相似。 繞幾何相似物體或在其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的粘性不可壓縮液體的相似定律。判定層流和紊流的準(zhǔn)則粘度系數(shù) 運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)實(shí)驗(yàn)得出： 大 則紊流 小則層流 目錄 圓或方形鑄錠(圖) 自由落下 接觸底部動(dòng)能 - 壓力 液體脫離高壓區(qū)沉底四處流動(dòng)。不考慮內(nèi)摩擦， 動(dòng)能-壓力沖量=動(dòng)量增量 單位時(shí)間流入液體質(zhì)量 設(shè)等速澆注Q不變。 則 目錄 灌 水 見圖1-21接觸瞬間，速度頭全部轉(zhuǎn)為壓力。所以： V2 =0 所以垂直下落液流沖擊對(duì)底部壓力 = 兩倍的靜壓力實(shí)際過(guò)程 內(nèi)摩擦能量損失 壓力對(duì)側(cè)壁的沖擊力 理想液體同底部的沖擊力對(duì)側(cè)壁的沖擊力 實(shí)際 低于 底部的沖擊力目錄 沖擊側(cè)壁動(dòng)能=勢(shì)能側(cè)壁附近液面上升高度取決于： 速度頭損失 從上向下流動(dòng)速度兩個(gè)相反方向的流動(dòng)產(chǎn)生渦流靠近渦流中心，流速越高，壓力下降越大，甚至負(fù)壓=導(dǎo)致吸氣 目錄 設(shè)圓形容器如圖 ，液體對(duì)容器無(wú)摩擦力，以速度v沿著圓周運(yùn)動(dòng)單位質(zhì)量的動(dòng)量公式： 即 r v 由伯努力方程p目錄 圓形容器自由落下目錄 完整的外形、清晰的輪廓、精確的尺寸研究=在型腔中的液態(tài)金屬流動(dòng)規(guī)律熱學(xué)、力學(xué)、物理與一般流體不同熱交換與型壁 T 流動(dòng)阻力呈粘滯性流體流動(dòng)而且是變化的粘滯性呈紊流流動(dòng)為縮短充型時(shí)間 v S Re2200 吸氣呈多樣流動(dòng) 非