Trường nhiệt độ và trường ẩm trong khuôn tươi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Xuân Tiến TRƢỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ TRƢỜNG ẨM TRONG KHUÔN TƢƠI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU HÀ NỘI – 2016BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Xuân Tiến TRƢỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ TRƢỜNG ẨM TRONG KHUÔN TƢƠI Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 62520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS Đào Hồng Bách. 2. TS Nguyễn Khải Hoàn. HÀ NỘI – 2016LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Trần Xuân Tiến, nghiên cứu sinh tại Bộ môn Vật liệu và Công nghệ đúc – Viện Khoa học và kỹ thuật vật liệu – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin cam đoan các nội dung trong quyển luận án của tôi tuân thủ đúng qui định về bản quyển tác giả, trích dẫn đầy đủ những nội dung kiến thức làm nền tảng cơ sở lý thuyết của đề tài. Các kết quả nghiên cứu của tôi là công sức nghiên cứu trong thời gian 4 năm học tập, nghiên cứu tại trƣờng và không trùng lặp với những tài liệu đã đƣợc công bố cùng lĩnh vực của đề tài. Tôi xin cam đoan và chịu mọi trách nhiệm trƣớc toàn bộ nội dung của luận án.. TM. Tập thể hƣớng dẫn: Nghiên cứu sinh Ngày tháng năm 2016 PGS. TS Đào Hồng Bách Trần Xuân TiếnLỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS Đào Hồng Bách đã nhiệt tình hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án; xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Khải Hoàn đã hƣớng dẫn, định hƣớng cho luận án về mặt ứng dụng thực tiễn, đặc biệt là những định hƣớng ứng dụng trong lĩnh vực khoa học quân sự. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy (cô), anh (chị) em học viên của bộ môn VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC và các thầy (cô) trong Viện KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU đã giúp đỡ, tạo điều kiện về nhiều mặt trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu tại bộ môn. Tôi xin chân thành cảm ơn thủ trƣởng Viện Tên lửa, thủ trƣởng Phòng Công nghệ đã tạo mọi điều kiện về mặt thời gian, cơ sở vật chất trong thời gian thực hiện luận án. Cảm ơn các (cô) chú, các anh em đồng nghiệp của PHÒNG CÔNG NGHỆ đã luôn ủng hộ, giúp đỡ về nhiều mặt trong suốt thời gian thực hiện luận án. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình tôi, bố mẹ, vợ, các con đã luôn ủng hộ về mặt tinh thần, là hậu phƣơng vững chắc để tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ. Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn đến ông, bà ngoại tôi, đến các bác, các chú, các cô, các cậu, các dì, các anh, chị, các em hai bên nội, ngoại đã luôn ủng hộ về mọi mặt giúp tôi có đƣợc thành công nhƣ ngày hôm nay.. Nghiên cứu sinh Trần Xuân TiếnMỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................i DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................. iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ............................................................iv MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN .............................................................................. 4 1.1 Xu hƣớng phát triển công nghệ đúc trong khuôn cát................................. 4 1.1.1 Vai trò và xu hƣớng phát triển trên thế giới...................................... 4 1.1.2 Thực trạng và xu hƣớng phát triển ở Việt Nam................................ 6 1.2 Trƣờng nhiệt độ và trƣờng ẩm trong khuôn .............................................. 8 1.2.1. Những nghiên cứu trên thế giới về vấn đề trƣờng nhiệt và trƣờng ẩm.............................................................................................. 10 1.2.2 Các nghiên cứu trong nƣớc liên quan đến bài toán trƣờng nhiệt và trƣờng ẩm:................................................................................. 17 1.3 Kết luận.................................................................................................... 19 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................. 20 2.1. Phƣơng pháp mô hình hóa cấu trúc cho khuôn đúc. Các cơ chế truyền nhiệt và chuyển khối trong khuôn............................................................ 20 2.1.1. Vật liệu làm khuôn hệ rời rạc trong ngành đúc.............................. 20 2.1.2. Phƣơng pháp mô hình hóa cấu trúc.............................................. 24 2.1.3. Các cơ chế truyền nhiệt và chuyển khối trong khuôn và vai trò của nó đối với quá trình nung nóng khuôn ....................................... 33 2.2. Mô hình hóa cấu trúc khuôn tƣơi cátsét ................................................ 35 2.2.1. Mô hình hình học khuôn cátsét .................................................... 35 2.2.2 Các quá trình hóa lý trong khuôn tƣơi cátsét................................ 40 2.2.2.1 Quá trình thấm...................................................................... 40 2.2.2.2 Quá trình bay hơi và ngƣng tụ.............................................. 42 2.2.2.3. Quá trình khuếch tán của khí trong khuôn........................... 43 2.3 Nghiên cứu trƣờng nhiệt độ và trƣờng ẩm trong Fluent ......................... 44 2.3.1 Các định luật truyền nhiệt và chuyển khối trong ANSYS FLUENT. 44 2.3.2 Mô phỏng bài toán truyền nhiệt và bay hơi bằng ANSYS FLUENT 46 2.3.2.1 Mô hình hình học.................................................................. 46 2.3.2.2 Chia lƣới và xác định các điều kiện biên .............................. 47 2.3.2.3 Mô hình hóa hơi.................................................................... 47 2.3.2.4 Kết quả ................................................................................. 48 2.4 Các phƣơng pháp giải bài toán trƣờng nhiệt độ trong đúc...................... 49 2.5. Kết luận................................................................................................... 50 CHƢƠNG 3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............................................. 523.1 Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của luận án........................................ 52 3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu........................................................................ 53 3.2.1 Thực nghiệm.................................................................................. 53 3.2.1.1 Phƣơng pháp thí nghiệm đo trƣờng nhiệt độ ....................... 53 3.2.1.2 Thiết lập phƣơng trình hồi qui của mặt hóa hơi và ngƣng tụ 56 3.2.2 Thiết lập mô hình toán và mô phỏng số ......................................... 57 3.2.2.1 Mô hình toán quá trình truyền nhiệt...................................... 57 3.2.2.2 Mô hình toán quá trình truyền khí khi nung khuôn................ 60 3.2.3. Giải bài toán nhiệtẩm trong khuôn bằng phƣơng pháp số........... 61 3.3. Kết luận................................................................................................... 67 CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.......................................................... 68 4.1. Kết quả thực nghiệm............................................................................... 68 4.1.1. Phân bố nhiệt độ trong khuôn ....................................................... 68 4.1.2. Các yếu tố công nghệ ảnh hƣởng đến vùng ẩm trong khuôn ....... 70 4.1.3. Phƣơng trình thực nghiệm vùng hóa hơi, ngƣng tụ...................... 71 4.1.4. Xác định các thông số nhiệt lý khuôn cát tƣơi............................... 73 4.2 Kết quả mô phỏng số............................................................................... 75 4.2.1 Trƣờng nhiệt độ và trƣờng độ ẩm trong khuôn.............................. 75 4.2.1.1 Đƣờng cong tăng nhiệt ở các vị trí khác nhau trong khuôn.. 75 4.2.1.2 Trƣờng nhiệt độ của khuôn .................................................. 80 4.2.1.3 Trƣờng ẩm trong khuôn........................................................ 81 4.2.1.4 Sai số và cách hiệu chỉnh mô hình ....................................... 84 4.2.2 Vị trí, tốc độ mặt hóa hơi................................................................ 86 4.2.3. Trƣờng áp suất trong khuôn ......................................................... 91 4.2.4 Sự ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến trƣờng nhiệt độ và trƣờng ẩm trong khuôn .............................................................. 95 4.2.4.1 Ảnh hƣởng của nhiệt độ rót.................................................. 95 4.2.4.2. Ảnh hƣởng của độ ẩm ban đầu......................................... 100 4.3 Ứng dụng của kết quả mô phỏng số...................................................... 103 4.3.1 Ứng dụng trong nghiên cứu bọng cát trong đúc........................... 103 4.3.2 Ứng dụng điều khiển quá trình đông đặc của vật đúc.................. 108 4.4. Kết luận................................................................................................. 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................ 112 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................ 117 PHỤ LỤC..................................................................................................... 118 Phụ lục 1 CODE chƣơng trình mô phỏng số bài toán trƣờng nhiệt độ và trƣờng ẩm bằng Visual Studio 12 ......................................................... 118Phụ luc 2 Một số kết quả Thực nghiệm chính của Luận án......................... 118i DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Dcs – đƣờng kính hạt cát (m) Da – hệ số khuếch tán của không khí khô (m2s) Dw – hệ số khuếch tán của hơi nƣớc (m2s) αngoai – hệ số trao đổi nhiệt giữa khuôn và môi trƣờng (W (m2 K)) kc – hệ số truyền khối giữa cátsét và khí (ms) kd – độ thấm theo định luật Darcy (m2) L – độ dày khuôn (m) Lw ẩn nhiệt hóa hơi của nƣớc (kJkg) P0 – áp suất khí quyển (101,3 kPa) Pa – áp suất riêng phần của không khí khô (Pa) Pr – số Prandtl v g Pw – áp suất riêng phần của hơi nƣớc (Pa) Pw0 – áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ Tcs (Pa) PwT0 – áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ T0 (Pa) Ra – hằng số khí không khí khô (287,1 Pa.m3(kg.K)) Re – số Reynold uDcsv Rw – hằng số khí của hơi nƣớc (461,5 Pa.m3(kg.K)) Sb – diện tích bề mặt riêng trên một đơn vị thể tích 6(1 )Dcs (m2m3) Sc – số Schmidt vDw T0 – nhiệt độ ban đầu của khuôn (K) Tcs – nhiệt độ của khuôn cátsét (K) T g – nhiệt độ hỗn hợp khí trong khuôn (K) t – thời gian tính (s) t – bƣớc thời gian (s) u – tốc độ dòng khí trong khuôn tính theo Darcy (ms) W – độ ẩm W0 – độ ẩm ban đầu khuôn Wmax – độ ẩm trong vùng vận chuyển ẩm w – tốc độ truyền khối của hơi nƣớc (kgm2.s) x – khoảng cách tính từ bề mặt vật đúckhuôn (m) x – bƣớc không gian (m)  độ xốp của khuôn  độ dẫn nhiệt của khuôn (Wm.K)ii  g – độ dẫn nhiệt của hỗn hợp khí trong khuôn (Wm.K)  độ nhớt của khí trong khuôn (Pa.s) v – độ nhớt động học của khí (m2s) a khối lƣợng riêng của không khí khô Pa(Ra.Tg) (kgm3) c khối lƣợng riêng của cát (kgm3) cs khối lƣợng riêng của khuôn cátsét (kgm3) g khối lƣợng riêng của hỗn hợp khí trong khuôn (kgm3) w khối lƣợng riêng của hơi nƣớc Pw(Rw.Tg) (kgm3)iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Các tính chất vật lý của vật liệu kết dính cho hỗn hợp cátsét (sét bentonite) ... 40 Bảng 2.2 Thông số nhiệt lý của hỗn hợp khuôn ................................................................. 46 Bảng 3.1 Thành phần hỗn hợp khuôn tiến hành thí nghiệm ............................................... 56 Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm xác định vị trí mặt ngƣng tụ và mặt hóa hơi ........................ 71 Bảng 4.2 Các tham số dùng tính thông số nhiệt lý đƣợc tính từ kết quả thí nghiệm .......... 74 Bảng 4.3 Thông số nhiệt lý của hơi nƣớc ........................................................................... 74 Bảng 4.4. Giá trị hệ số khuếch tán nhiệt độ ak và độ dẫn nhiệt  của khuôn.................... 74 Bảng 4.5 So sánh giá trị độ ẩm lớn nhất giữa mô hình và công thức thực nghiệm ............ 84iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Phân tích các bằng sáng chế trong ngành đúc giai đoạn từ 1896 đến năm 2000 90................................................................................................................................. 5 Hình 1.2 Dạng khuyết tật trong đúc (87)........................................................................... 9 Hình 1.3 Các dạng khuyết tật liên quan đến trường ẩm trong đúc 71 .............................. 9 Hình 1.4 Cấu trúc bề mặt nhiệt của khuôn cát tươi khi đúc thép 15 ............................... 10 Hình 1.5 Các vùng đặc trưng trong khuôn cát tươi 48.................................................... 11 Hình 1.6 Các vùng đặc trưng trong khuôn tươi 22.......................................................... 12 Hình 2.1 Các dạng cấu trúc của hệ hai nguyên đẳng hướng: cấu trúc lấm tấm (a), hệ dạng hạt (b), hệ có các phần tử tiếp xúc tương hỗ (c), hệ tĩnh không đồng nhất (d), hệ có sự phân lớp (e) .................................................................................................................. 20 Hình 2.2 Các dạng vật liệu làm khuôn chủ yếu trong ngành đúc 74.............................. 21 Hình 2.4 Cách phân loại hạt chất độn theo hình dạng....................................................... 22 Hình 2.5. Cấu trúc rời rạc với độ xốp khác nhau: a) 0,3<  0,8; d) >0,9 ............................................................................................................................ 23 Hình 2.6 Cấu trúc hỗn hợp ảo ............................................................................................ 24 Hình 2.7 Mô hình cấu trúc có cách xếp có dạng khác nhau: a – dạng cầu; b – dạng hình hộp................................................................................................................................ 25 Hình 2.8 Sự sắp xếp có trật tự của các phần tử dạng cầu: atứ diện; bdạng lục giác; chình hộp........................................................................................................................ 25 Hình 2.9 Mô hình truyền nhiệt tại điểm tiếp xúc giữa các hạt ........................................... 26 Hình 2.10 Hệ xốp (a), mô hình ¼ ô cơ sở (b) và sơ đồ nhiệt trở (c) .................................. 27 Hình 2.11 Sơ đồ tính tham số hình học và xác định trở nhiệt của hệ đa cấu trúc: a) ống dòng trong khung, b) sự phân bố của dòng nhiệt (bên phải – sự phân ly thực của dòng nhiệt, bên trái – sự phân bố lý tưởng), c) sơ đồ liên kết của nhiệt trở của các phần riêng biệt ...................................................................................................................... 28 Hình 2.12 Sự chuyển tiếp từ hệ hạt sang hệ liên kết: phần tử trung bình của cấu trúc hỗn độn ở trạng thái đổ tự do (a) và sau biến dạng (b)...................................................... 30 Hình 2.13 Mô hình ô cơ sở của hệ hạt................................................................................ 31 Hình 2.14 Mô hình hệ đa pha ............................................................................................. 32 Hình 2.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng và các thành phần của nó ........................................................................................................................... 34 Hình 2.16 Mô hình cấu trúc hỗn hợp làm khuôn cátsét (a) và các thành phần của nó (b)35 Hình 2.17 Hình dạng của phần tử hỗn hợp làm khuôn ở nhưng giai đoạn hình thành khác nhau: a – hỗn hợp chưa dầm chặt; b – hỗn hơp sau khi dầm chặt.............................. 35 Hình 2.18 Mô hình cấu trúc ô cơ sở của vật liệu làm khuôn qua dầm chặt: a – cấu trúc ô cơ sở; b – sơ đồ liên kết của trở nhiệt.......................................................................... 37 Hình 2.19 Mô hình chuyển khối xét trong một phần tử dạng hình hộp chữ nhật............... 41 Hình 2.20 Quá trình chuyển động khí trong khuôn ............................................................ 42 Hình 2.21 Áp suất riêng phần của hơi nước trong quá trình bay hơi và ngưng tụ ............ 42 Hình 2.22 Mô hình hình học khuôn cátsét......................................................................... 46 Hình 2.23 Mô hình đã được chia lưới................................................................................. 47 Hình 2.24 Sự phân bố nhiệt độ của khuôn sau 100s........................................................... 48v Hình2.26 Sự phân bố ẩm trong khuôn sau 100s................................................................. 49 Hình 2.27 Mạng sai phân hiện............................................................................................ 50 Hình 2.28 Mạng sai phân ẩn .............................................................................................. 50 Hình 3.1 Kích thước vật đúc ............................................................................................... 53 Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm đo nhiệt độ khuôn..................................................................... 54 Hình 3.3 Sơ đồ thí nghiệm đo nhiệt độ khuôn cát sét với mẫu tấm phẳng: 1 – khuôn tươi cátsét; 2 – hốc khuôn; 3 – các cặp nhiệt đo nhiệt độ khuôn ở các khoảng cách khác nhau tính từ bề mặt tiếp xúc vật đúc ............................................................................ 55 Hình 3.4 Sơ đồ bố trí cặp nhiệt trên khuôn: 1 – khuôn tươi cátsét; 2 – vật đúc. .............. 55 Hình 3.5 Sự tăng nhiệt của khuôn, nhiệt độ rót 973 K, hỗn hợp (độ ẩm w = 4 %, lượng sét v = 4%): 1 – khoảng cách 7 mm; 2 – 13 mm; 3 – 19; 4 – 22 mm................................ 56 Hình 3.6 Quá trình truyền nhiệt và truyền ẩm trong khuôn cát ......................................... 57 Hình 3.7 Sơ đồ chia lưới khuôn (mô hình 1 chiều theo chiều Oy)...................................... 62 Hình 3.8 Mô hình chia lưới theo phương pháp sai phân mạng ẩn..................................... 63 Hình 3.9 Sơ đồ giải thuật chương trình mô phỏng số......................................................... 66 Hình 4.1 Sự phân bố nhiệt độ trong khuôn cátsét (W0 = 4%, sét = 8%, Trót = 923 K): 1 – khoảng cách 7 mm so với mặt phân cách vật đúc – khuôn; 2 – 13 mm; 3 – 19 mm; 4 – 23 mm ..................................................................................................................... 68 Hình 4.2 Sự phân bố nhiệt độ trong khuôn cátsét (W0 = 4%, sét = 4%, Trót = 923 K):1 – khoảng cách 7 mm so với mặt phân cách vật đúc – khuôn; 2 – 13 mm; 3 – 19 mm; 4 – 25 mm ........................................................................................................................... 68 Hình 4.3 Sự phân bố nhiệt độ trong khuôn cátsét (W0 = 6%, sét = 8%, Trót = 973 K):1 – khoảng cách 7 mm so với mặt phân cách vật đúc – khuôn; 2 – 13 mm; 3 – 19 mm; 4 – 25 mm ........................................................................................................................... 69 Hình 4.4 Sự phân bố nhiệt độ trong khuôn cátsét (W0 = 7.5%, sét = 10%, Trót = 973 K):1 – khoảng cách 7 mm so với mặt phân cách vật đúc – khuôn; 2 – 13 mm; 3 – 19 mm; 4 – 25 mm ........................................................................................................................ 69 Hình 4.5 Vị trí vùng hóa hơi và ngưng tụ trong khuôn có lượng sét khác nhau (W0 = 4%) ...................................................................................................................................... 70 Hình 4.6 Vị trí vùng hóa hơi và ngưng tụ với độ ẩm w khác nhau (4;4,7; 6%) và lượng sét v=8% ............................................................................................................................ 70 Hình 4.8 Sự dịch chuyển của vị trí so với bề mặt khuôn và vật đúc (x,mm) của vùng hóa hơi (x1, plan2) và vùng ngưng tụ (x2, plan1) theo thời gian với lượng ẩm khác nhau (8% sét). ....................................................................................................................... 72 Hình 4.9 Quan hệ thời gian bắt đầu hóa hơi và ngưng tụ phụ thuộc vào độ ẩm với lượng sét khác nhau (4,6,8%) tại bề mặt tiếp xúc với vật đúc................................................ 72 Hình 4.11 Giao diện chương trình mô phỏng số bài toán trường nhiệt độ và trường ẩm . 75 Hình 4.12 Đường cong nhiệt ở các vị trí khác nhau trong khuôn so với bề mặt phân cách vật đúckhuôn (W0=4%, Trót=933 0K).......................................................................... 76 Hình 4.13 Đường cong nhiệt ở các vị trí khác nhau trong khuôn so với bề mặt phân cách vật đúckhuôn (W0=2%, Trót=933 0K).......................................................................... 76 Hình 4.14 Đường cong nhiệt ở các vị trí khác nhau trong khuôn (W0=4%, Trót=933 0K) (đo bằng thực nghiệm) ................................................................................................. 77 Hình 4.15 So sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm (W0=4%, Trót=933 0K)....................... 77 Hình 4.16 Đường cong tăng nhiệt của khuôn khuôn theo mô hình Tsai et al (1988)52. 79vi Hình 4.17 Đường cong tăng nhiệt của khuôn theo mô hình Shih et al (1988)48 ............ 79 Hình 4.18 Đường cong tăng nhiệt của khuôn theo mô hình Cainov (2011)96................ 79 Hình 4.19 Trường nhiệt độ khuôn ở những thời điểm khác nhau sau rót (W0 = 2%, Trót = 933 K ).......................................................................................................................... 80 Hình 4.20 Trường nhiệt độ khuôn ở những thời điểm khác nhau sau rót (W0 = 4%, Trót = 933 K ).......................................................................................................................... 80 Hình 4.21 Trường nhiệt độ khuôn cátsét độ ẩm thấp 100.............................................. 81 Hình 4.22 Trường ẩm trong khuôn ở thời điểm khác nhau (hỗn hợp W0 =2%, Trót = 973 K) ...................................................................................................................................... 82 Hình 4.23 Trường ẩm trong khuôn ở thời điểm khác nhau (hỗn hợp W0 =4%, Trót = 973 K) ...................................................................................................................................... 82 Hình 4.24 Trường ẩm trong khuôn ở thời điểm khác nhau (hỗn hợp W0 =6%, Trót = 973 K) ...................................................................................................................................... 82 Hình 4.25 Trường ẩm trong khuôn ở thời điểm khác nhau (hỗn hợp W0 =8%, Trót = 973 K) ...................................................................................................................................... 83 Hình 4. 26 Trường ẩm trong khuôn:aW0 = 2%; b W0 = 4%; cW0 = 6% ....................... 83 Hình 4.27 Trường ẩm trong khuôn tươi cátsét (Trót = 933 K)........................................... 84 Bảng 4.6 Giá trị độ ẩm lớn nhất theo số liệu từ hình 4.27 .................................................. 85 Hình 4.28 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến trường ẩm trong khuôn............................. 85 (Trót = 933 K, thời gian 100 s sau khi rót)........................................................................... 85 Hình 4.29 Đường phân bố ẩm theo chiều dày khuôn với độ ẩm và mật độ khuôn ban đầu khác nhau (100 s sau rót): a – W0 = 2%, 0 = 1400 kgm3; b – W0 = 5%, 0 = 1465 kgm3; c – W0 = 7%, 0 = 1530 kgm3; d – W0 = 10%, 0 = 1595 kgm3; e – W0 = 14%, 0 = 1660 kgm3 .................................................................................................. 85 Hình 4.30 Sự phân bố nhiệt độ, độ ẩm và áp suất trong khuôn.......................................... 86 Hình 4.31 Vị trí mặt hóa hơi khuôn W0 = 2%, Trót = 933 K............................................... 87 Hình 4.32 Tốc độ mặt hóa hơi khuôn W0 = 2%, Trót = 933 K............................................ 87 Hình 4.33 Vị trí mặt hóa hơi khuôn W0 = 4%, Trót = 933 K............................................... 88 Hình 4.34 Tốc độ mặt hóa hơi khuôn W0 = 4%, Trót = 933 K............................................ 88 Hình 4.35 Vị trí mặt hóa hơi khuôn W0 = 6%, Trót = 933 K............................................... 88 Hình 4.36 Tốc độ mặt hóa hơi trong khuôn W0 = 6%, Trót = 933 K .................................. 89 Hình 4.37 Vị trí mặt hóa hơi khuôn W0 = 4%, Trót = 933 K( giá trị vị trí đo bằng thực nghiệm)......................................................................................................................... 90 Hình 4.38 Vị trí mặt hóa hơi khuôn W0 = 4%, Trót = 933 K............................................... 90 Hình 4.39 Vị trí mặt hóa hơi khuôn W0 = 6%, Trót = 933 K (giá trị vị trí đo từ thực nghiệm)......................................................................................................................... 90 Hình 4.40 Vị trí mặt hóa hơi khuôn W0 = 6%, Trót = 933 K............................................... 91 Hình 4.41 Trƣờng áp suất hỗn hợp khí trong khuôn P_g, W0 = 2%.................................. 92 Hình 4.42 Trường áp suất hỗn hợp khí trong khuôn P_g, W0 = 4% ................................. 92 Hình 4.43 Trường áp suất hỗn hợp khí trong khuôn P_g, W0 = 6% ................................. 92 Hình 4.46 Trường áp suât khuôn W0 = 6% thời điểm  = 250 s ........................................ 93 Hình 4.47 Sự tăng áp suất trong khuôn tại các vị trí khác nhau ........................................ 94 Hình 4.48 Sự tăng áp suất trong khuôn tại các vị trí khác nhau ........................................ 94vii Hình 4.49 Sự tăng áp suất trong khuôn tại các vị trí khác nhau ........................................ 95 Hình 4.50 Vị trí mặt hóa hơi với nhiệt độ rót khác nhau (khuôn W0 = 2%)....................... 95 Hình 4.51 Ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến tốc độ mặt hóa hơi (W0 = 2%) ....................... 96 Hình 4.52 Ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến vị trí mặt hóa hơi (W0 = 4%) ......................... 96 Hình 4.53 Ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến tốc độ mặt hóa hơi (W0 = 4%) ....................... 96 Hình 4.54 Trường nhiệt độ trong khuôn ở thời điểm 41 s sau khi rót (W0 = 2%).............. 97 Hình 4.55 Trường nhiệt độ trong khuôn ở thời điểm 250 s sau khi rót (W0 = 2%)............ 97 Hình 4.56 Trường nhiệt độ khuôn sau thời gian 80.5 s ở nhiệt độ rót khác nhau (W0 = 4%) ...................................................................................................................................... 98 Hình 4.57 Trường nhiệt độ khuôn 250 s sau rót ở nhiệt độ rót khác nhau (W0 = 4%) ...... 98 Hình 4.58 Trường ẩm trong khuôn ở thời điểm 41 s sau khi rót (W0 = 2%)...................... 98 Hình 4.59 Trường ẩm trong khuôn ở thời điểm 250 s sau khi rót (W0 = 2%).................... 99 Hình 4.60 Ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến trường ẩm trong khuôn tại thời điểm 80,5 s(W0 = 4%) ........................................................................................................................... 99 Hình 4.61 Ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến trường ẩm trong khuôn tại thời điểm 250 s . 100 Hình 4.62 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến vị trí mặt hóa hơi trong khuôn (Trót = 933 K)................................................................................................................................ 100 Hình 4.63 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến tốc độ mặt hóa hơi (Trót = 933 K)........... 101 Hình 4.64 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến trường nhiệt độ khuôn (Trót = 933 K) ..... 101 Hình 4.65 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến trường ẩm trong khuôn........................... 102 (Trót = 933 K, thời gian 100 s sau khi rót)......................................................................... 102 Hình 4.66 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến trường ẩm trong khuôn........................... 102 (Trót = 933 K, thời gian 250 s sau khi rót)......................................................................... 102 Hình 4.67 Sự biến thiên độ ẩm tại các vị trí khác nhau (hỗn hợp W0 =2%, Trót = 933 K) .................................................................................................................................... 104 Hình 4.68 Sự biến thiên độ ẩm tại các vị trí khác nhau (hỗn hợp W0 =4%, Trót = 933 K) .................................................................................................................................... 104 Hình 4.69 Sự biến thiên độ ẩm tại các vị trí khác nhau (hỗn hợp W0 =6%, Trót = 933 K) .................................................................................................................................... 105 Hình 4.70 Sự biến thiên độ ẩm tại các vị trí khác nhau (hỗn hợp W0 =8%, Trót = 933 K) .................................................................................................................................... 105 Hình 4.71 Vị trí mặt ngưng tụ trong khuôn sau (hỗn hợp W0 =2%, Trót = 933 K)........... 106 Hình 4.72 Tốc độ dịch chuyển mặt ngưng tụ trong khuôn sau (hỗn hợp W0 =2%, Trót = 933 K)................................................................................................................................ 106 Hình 4.73 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến trường ẩm trong khuôn (Trót = 933 K, thời gian 25s sau khi rót)................................................................................................... 107 Hình 4.74 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến trường ẩm trong khuôn (Trót = 933 K, thời gian 250s sau khi rót)................................................................................................. 107 Hình 4.75 Đường nguội của vật đúc trong khuôn có độ ẩm khác nhau ........................... 1081 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài luận án. Hiện nay trong ngành chế tạo máy thì công nghệ đúc là ngành chế tạo phôi chính, theo các tài liệu 76, 94 các chi tiết đúc chiếm khoảng 90%. Dù đƣợc ra đời khá lâu, song hiện nay công nghệ đúc kim loại vẫn đang phát triển mạnh và giữ một vai trò đặc biệt quan trọng trong ngành chế tạo máy, dù rằng đã có các công nghệ chế tạo khác cạnh tranh nhƣ công nghệ đúc chất dẻo, công nghệ cán và công nghệ rèn dập. Trong công nghệ đúc thì đúc trong khuôn cát là phƣơng pháp đã đƣợc phát triển từ lâu, song hiện nay vẫn chiếm vị trí quan trọng trong ngành đúc chiếm gần 90% sản lƣợng vật đúc của thế giới, phần còn lại là đúc trong các khuôn kim loại và khuôn đặc biệt khác 94.Trong đó đa phần các chi tiết đúc từ gang, thép đƣợc chế tạo trọng khuôn tƣơi có chứa nƣớc 29 nhờ ƣu điểm nhƣ: vật liệu làm khuôn rẻ, dễ chế tạo, vốn đầu tƣ ít, khả năng đúc rộng từ vật đúc nhỏ đến vật đúc lớn, ít sinh ra sản phẩm độc hại cho môi trƣờng, do đó đúc trong khuôn tƣơi đã và đang đƣợc phát triển và hoàn thiện trên thế giới ở dạng các dây chuyền đúc tự động trong khuôn tƣơi nhƣ DISAMATIC. Ở Việt Nam, công nghệ đúc đã đƣợc ứng dụng cách đây hàng nghìn năm, tuy nhiên ngành đúc ở nƣớc ta còn hạn chế, ngành đúc mới chỉ đáp ứng đƣợc một phần nhu cầu cho ngành cơ khí chế tạo. Ở các xƣởng đúc thƣờng sử dụng khuôn khô, tỷ lệ làm khuôn tƣơi còn thấp do còn nhiều khuyết tật do hơi ẩm và khí sinh ra từ nƣớc trong khuôn khi rót kim loại lỏng, chúng gây ra các rỗ khí trong vật đúc, không những vậy sự ảnh hƣởng của trƣờng nhiệt đến quá trình làm nguội của vật đúc cũng có ảnh hƣởng đến chất lƣợng vật đúc. Vấn đề cơ khí hóa trong chuẩn bị vật liệu chế tạo khuôn còn thấp, chất lƣợng khuôn chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu kỹ thuật tiên tiến do chƣa khống chế đƣợc các điều kiện đầu vào nhƣ thành phần cát, sét, độ ẩm của khuôn; trong khi nhu cầu về sản phẩm đúc trong các ngành chế tạo máy, xây dựng, khai khoáng, giao thông, khoáng sản … là rất lớn. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì chất lƣợng của vật đúc đòi hỏi ngày một cao hơn, mặt khác để có thể cạnh tranh đƣợc với các công nghệ đúc khác thì việc nâng cao chất lƣợng vật đúc, hạn chế khuyết tật đặc biệt là khuyết tật liên quan đến trƣờng nhiệt và trƣờng ẩm là một yêu cầu tất yếu đặt ra. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận án. Với vai trò quan trọng của khuôn tƣơi trong ngành chế tạo máy, luận án lựa chọn đối tƣợng nghiên cứu là khuôn tƣơi cátsét. Đối với hệ khuôn này, vấn đề cần quan tâm hiện nay là việc nâng cao chất lƣợng của vật đúc bằng cách hạn chế các khuyết tật liên quan đến độ ẩm trong khuôn. Để hạn chế đƣợc khuyết tật gây ra do nƣớc trong khuôn, đồng thời có thể điều khiển quá trình đông đặc của vật đúc góp phần nâng cao chất lƣợng của vật đúc cần phải biết đƣợc sự phân bố nhiệt độ và độ ẩm của khuôn. Do đó phạm vi nghiên cứu đối với hệ khuôn tƣơi luận án tập trung đi vào nghiên cứu mô phỏng trƣờng nhiệt độ và trƣờng ẩm trong khuôn sau khi rót. Việc nắm bắt đƣợc trƣờng nhiệt độ và trƣờng ẩm trong khuôn cho phép ta phân tích, đánh giá lựa chọn chế độ công nghệ phù hợp nhằm nâng cao chất lƣợng vật đúc. Để thực hiện đƣợc điều đó thì luận án cần giải quyết các nội dung sau: Nghiên cứu tổng quan phƣơng pháp mô hình hóa cấu trúc đối với khuôn hệ ―rời rạc‖. Mô hình hóa cấu trúc hệ khuôn tƣơi cátsét và xác định các thông số nhiệt lý của khuôn; Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình nhiệt và ẩm trong khuôn tƣơi cátsét;2 Nghiên cứu thiết lập mô hình toán cho bài toán trƣờng nhiệt và trƣờng ẩm trong đó có xét đến cả các yếu tố ảnh hƣởng nhƣ đối lƣu, dẫn nhiệt, áp suất khí, ẩn nhiệt hóa hơi của nƣớc. Nghiên cứu giải bài toán ẩm trong đó có tính đến chế độ khí trong quá trình đúc; Đánh giá kết quả với thực nghiệm Phƣơng pháp nghiên cứu. Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm để xác định đƣợc các đặc trƣng của trƣờng nhiệt và trƣờng ẩm trong khuôn. Thiết lập mô hình toán cho bài toán trƣờng nhiệt độ và trƣờng ẩm, sử dụng phƣơng pháp sai phân hữu hạn 40 để giải bài toán vi phân tuyến tính đặc trƣng của trƣờng nhiệt độ và trƣờng ẩm. Những kết quả mới của luận án: 1. Thiết lập đƣợc mô hình cấu trúc cho hệ khuôn tƣơi cátsét, thiết lập đƣợc phƣơng pháp xác định các thông số nhiệt lý đặc trƣng cho hệ khuôn phục vụ cho quá trình mô phỏng số. 2. Thiết lập đƣợc mô hình toán cho bài toán trƣờng nhiệt độ và trƣờng ẩm trong khuôn, có xét đến các thành phần đối lƣu, quá trình bay hơi của nƣớc và trƣờng áp suất khuôn . 3. Bằng phƣơng pháp mô phỏng số đã xây dựng đƣợc mặt hơi, mặt ngƣng tụ và quá trình dịch chuyển của nó. Đặc biệt đã chỉ rõ mối liên quan giữa hàm lƣợng ẩm với trƣờng ẩm trong khuôn, cho phép ta nghiên cứu sâu về quá trình hình thành vùng ngƣng tụ trong khuôn nhƣ thời gian và vị trí xuất hiện trong khuôn. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Về mặt lý luận đề tài bổ sung phần lý luận về các quá trình hóalý xảy ra trong khuôn tƣơi, trong đó đi vào phân tích và lý giải về ứng xử của ẩm trong khuôn sau khi rót kim loại lỏng. Đã đƣa ra phƣơng pháp mô hình hóa cấu trúc cho hệ khuôn cát và phƣơng pháp xác định thông số nhiệt lý cho khuôn. Kết quả của đề tài đƣợc sử dụng trong việc phân tích, lựa chọn hỗn hợp làm khuôn có thành phần tối ƣu phù hợp với từng dạng sản phẩm. Việc giải đồng thời bài toán trƣờng nhiệt độ và trƣờng ẩm cho phép ta có thể xác định đƣợc vị trí của vùng ngƣng tụ ở mọi thời điểm, và ảnh hƣởng của chúng tới ứng xử của khuôn. Từ đó, nâng cao khả năng dự báo, hạn chế ảnh hƣởng của độ ẩm đến chất lƣợng vật đúc trong công nghệ đúc trong hệ khuôn tƣơi. Để có thể xác định đƣợc vấn đề mà đề tài luận án cần tập trung nghiên cứu thì việc nghiên cứu, phân tích và đánh giá các công trình, bài báo về trƣờng nhiệt và trƣờng ẩm trong khuôn trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc là một yêu cầu cấp thiết đặt ra. Đây sẽ là nền tảng cơ sở đề tài xác định đúng hƣớng nghiên cứu mang tính khoa học, song phải phù hợp với điều kiện công nghệ hiện có trong nƣớc. Công trình đã công bố. Luận án đã công bố những kết quả chính của luận án trên 03 bài báo khoa học, có phản biện độc lập. Cấu trúc và khối lƣợng của luận án. Luận án gồm 4 Chƣơng, 1 kết luận luận án. Trong đó chƣơng 1 TỔNG QUAN trình bày tổng quan về đối tƣợng nghiên cứu; tính cấp thiết, thời sự của vấn đề nghiên cứu hiện nay. Phân tích các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về vấn đề luận án quan tâm, chỉ ra mục tiêu, phƣơng pháp và các nội dung luận án cần thực hiện. Chƣơng 2 là CƠ SỞ LÝ THUYẾT nghiên cứu lý thuyết mô hình hóa cấu trúc cho hệ khuôn tƣơi cátsét; các quá trình hóa lý xảy ra trong khuôn tƣơi. Khả năng mô phỏng cho bài toán trƣờng nhiệt độ và trƣờng ẩm bằng phần mềm ANSYS FLUENT; các3 phƣơng pháp giải bài toán trƣờng nhiệt độ. Chƣơng 3 là PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, kết hợp giữa thực nghiệm, nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng số bài toán trƣờng nhiệt độ và trƣờng ẩm trong khuôn. Chƣơng 4 là KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN, trình bày một cách rõ ràng, cụ thể các kết quả nghiên cứu đạt đƣợc trên hai mặt, Thực nghiệm và Mô phỏng số. KẾT LUẬN luận án.4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Xu hƣớng phát triển công nghệ đúc trong khuôn cát 1.1.1 Vai trò và xu hƣớng phát triển trên thế giới Công nghệ đúc là một ngành chế tạo phôi chính của ngành chế tạo máy vì tỷ lệ các chi tiết đúc nói chung chiếm 5070%, còn trong ngành chế tạo máy chiếm 90% số lƣợng các chi tiết và chiếm 20% giá thành của thiết bị ( 76, 94, 99). Đồng thời công nghệ đúc có thể chế tạo đƣợc các chi tiết có hình dạng phức tạp và có hệ số sử dụng kim loại cao. Chính vì vậy dù đƣợc ra đời từ rất lâu (khoảng 6 ngàn năm) song hiện nay công nghệ đúc kim loại trên thế giới vẫn phát triển rất mạnh và giữ một vị trí đặc biệt quan trọng trong ngành chế tạo máy dù rằng có các công nghệ khác cạnh tranh nhƣ công nghệ đúc chất dẻo và rèn dập. Theo tạp chí ―Modern Casting‖ thì trong năm 2001 ngành sản xuất đúc kim loại trên toàn thế giới (trừ các vật đúc làm đồ lƣu niệm và trong ngành nha khoa) tăng 4,6%, trong năm 2002 vẫn tăng 7,6% còn trong năm 2003 con số này là 12,2% (82). Tuy có sự sụt giảm về sản lƣợng vào cuối thế kỷ 20 nhƣng ngay sau đó sản lƣợng vật đúc trên thế giới đã có sự tăng nhanh trở lại vào đầu thế kỷ XXI, đặc biệt trong đó có sự nổi lên của một số nƣớc có sản lƣợng đúc lớn và tăng ổn định nhƣ Trung Quốc, Hàn Quốc 9, 82. Qua đó ta có thể nhận thấy đƣợc rằng tỷ lệ sản lƣợng đúc từ hợp kim màu tăng đáng kể, và đang khẳng định đƣợc vị thế, cũng nhƣ vai trò và giá trị trên thị trƣờng. Sự thay đổi trong tỷ lệ vật đúc trên thế giới (gang thép giảm, hợp kim màu tăng) đặc biệt trong ngành công nghệ chế tạo ôtô, trong đó hợp kim cơ sở Al, Mg, Ti tăng mạnh. Nhƣ vậy công nghệ đúc dù trải qua nhiều biến động về sản lƣợng trong từng giai đoạn phát triển của thế giới song cho tới ngày nay sản xuất đúc vẫn là ngành chế tạo chính trong công nghệ chế tạo máy dù có nhiều công nghệ tạo phôi khác nhƣ công nghệ gia công cắt gọt, công nghệ gia công áp lực... Trong công nghệ đúc thì công nghệ đúc trong khuôn cát là phƣơng pháp tạo hình đã đƣợc phát triển và đƣợc sử dụng từ rất lâu, nhƣng cho tới ngày nay vẫn chiếm vị trí quan trong trong ngành đúc: hiện nay gần 90% sản lƣợng vật đúc của thế giới đƣợc sản xuất bằng khuôn cát, phần còn lại dùng khuôn kim loại và các phƣơng pháp đúc đặc biệt khác. Phƣơng pháp đúc trong khuôn cát đƣợc sử dụng nhiều vì vật liệu dùng làm khuôn rẻ, dễ chế tạo, vốn đầu tƣ ít, đồng thời phƣơng pháp đúc trong khuôn cát rất vạn năng, có thể đúc vật nhỏ từ 10g cho tới các vật lớn có khối lƣợng hàng trăm tấn, có thể đúc bất kỳ hợp kim nào: thép, gang cầu, gang xám, đồng thanh, đồng thau, hợp kim nhôm, hợp kim niken, hợp kim magie… Phân tích sự phát triển của công nghệ sản xuất đúc hiện nay và các yếu tố tác động đến chúng có thể chia ra thành các yếu tố bên ngoài (sự ảnh hƣởng của tiến bộ khoa học kỹ thuật) và yếu tố bên trong, quyết định đến trình tự phát triển của bản thân công nghệ sản xuất đúc. Trong công trình 89, 90 viết về xu hƣớng phát triển của ngành đúc kim loại của GS. TS A. A. Minaev, trong đó sử dụng phƣơng pháp đánh giá trên cơ sở nghiên cứu tất cả các bằng phát minhsáng chế, đƣợc dùng xây dựng mô hình hình học các số liệu thống kê chính xác, có tính đến sự phát triển tƣơng trong ngành đúc của các nƣớc công nghiệp phát triển hàng đầu nhƣ Mỹ, Nhật, Châu âu, Nga, Trung Quốc…trong đó tập trung đánh giá về mặt số lƣợng và chất lƣợng của tiềm lực khoa học kỹ thuật chính. Sự đánh giá đó thể hiện qua hình 1.1.5 Hình 1.1 Phân tích các bằng sáng chế trong ngành đúc giai đoạn từ 1896 đến năm 2000 90 Qua đây ta có thể thấy rằng ở đầu thế kỷ XX các vấn đề về nấu và rót trong đúc chỉ chiếm khoảng 30% trong tổng số các phát minhsáng chế, còn đến cuối thế kỷ XX chúng chỉ chiếm khoảng 10%. Ở hƣớng thứ II là công nghệthiết bị đúc khuôn cát ở tất cả các giai đoạn trong quá trình nghiên cứu đều tƣơng đối ổn định, mặc dù ở cuối thế kỷ XX có giảm đi một chút.6 Xu hƣớng thứ IIIcác phƣơng pháp đúc đặc biệt thì trong khoảng thời gian nghiên cứu đã tăng từ 12% ở đầu thế kỷ lên 45% ở thời điểm cuối thế kỷ XX, điều này phản ánh thực trạng trong phát triển công nghệ sản xuất đúc đối với phƣơng pháp đúc đặc biệt. Ở hƣớng thứ IV các hợp kim đúc trong giai đoạn này tăng từ 4% ở giai đoạn đầu lên 1014% trong giai đoạn cuối, chủ yếu là do có sự tăng mạnh sản lƣợng các hợp kim màu: Al, Mg, Cu, Zn, Ti… Từ hình vẽ ta có thể thấy rằng công nghệ đúc trong khuôn cát vẫn giữ đƣợc sự phát triển khá đồng đều trong các giai đoạn, trong đó giai đoạn phát triển mạnh mẽ nhất là trong thập kỷ 6070 của thế kỷ XX. Hiện nay dù có những công nghệ đúc khác phát triển nhƣ công nghệ đúc đặc biệt nhƣng công nghệ đúc trong khuôn cát vẫn giữ đƣợc sự phát triển của mình dù số lƣợng các nghiên cứu có giảm đi so với thời kỳ trƣớc.Qua đây ta có thể thấy rằng trong thế kỷ XX công nghệ đúc trong khuôn cát là một trong những công nghệ sản xuất rất quan trọng. Nhƣ vậy trong ngành đúc hiện nay thì công nghệ đúc trong khuôn hệ rời rạc ở đây chủ yếu là khuôn cát vẫn là công nghệ sản xuất vật đúc chủ yếu, các vấn đề liên quan đến hệ khuôn này vẫn đang đƣợc đầu tƣ nghiên cứu nhằm hoàn thiện hơn về mặt công nghệ, cũng nhƣ góp phần nâng cao chất lƣợng của sản phẩm đúc. Xu hƣớng phát triển của công nghệ đúc khuôn cát trên thế giới trong thời gian tới nhằm vào các hƣớng cơ bản sau:  Đối với khuôn cát các bài toán chính của công nghệ đúc trong khuôn cát hiện nay (rót khuôn, điều khiển sự kết tinh của thỏi đúc trong khuôn, tính toán các tham số dầm chặt hỗn hợp khuôn, tính toán bổ sung trong hỗn hợp làm khuôn…) đƣợc giải quyết nhờ sử dụng máy tính điện tử.  Xu hƣớng ngành sản xuất đúc khuôn cát là mở rộng công nghệ chế tạo khuôn, ví dụ nhƣ sử dụng các hỗn hợp cátsét, cátnhựa, công nghệ chế tạo khuôn từ hỗn hợp đóng rắn nguội và các hỗn hợp khác, cũng nhƣ sử dụng các công nghệ mà trong đó sử dụng cát làm khuôn hoặc hỗn hợp không có chất kết dính, nhƣ làm khuôn theo phƣơng pháp V, làm khuôn theo mẫu cháy, làm khuôn trong từ trƣờng. Sự đa dạng trong công nghệ chế tạo khuôn đúc bằng cát và công nghệ dầm chặt (bằng cơ học, hóa học và vật lý) cần phải đƣợc phân định rõ ràng trong ứng dụng phụ thuộc vào tính sản xuất loạt, khối lƣợng, đặc điểm kết cấu của vật đúc, các trang bị công nghệ có năng suất cao hiện có và các yếu tố khác nhƣ tính kinh tế và yếu tố về môi trƣờng. Nhƣ vậy một xu hƣớng khá rõ hiện nay ngoài việc mở rộng thêm nhiều hỗn hợp khuôn khác nhau thì việc hoàn thiện công nghệ, khắc phục những vấn đề còn tồn tại trong hệ khuôn cát vẫn đang đƣợc tiếp tục nghiên cứu. 1.1.2 Thực trạng và xu hƣớng phát triển ở Việt Nam Công nghệ đúc ở Việt Nam xuất hiện cách đây trên 3000 năm cùng với nghề rèn, các sản phẩm đúc thời kỳ này gồm rìu, mũi giáo, mũi tên bằng đồng đƣợc đúc trong khuôn đá, trống đồng Đông Sơn đƣợc đúc bằng khuôn đất (từ 500300 năm trƣớc Công nguyên). Từ cuối thập niên 50 của thế kỷ XX các xƣởng đúc gang, đúc thép, đúc hợp kim màu đƣợc hình thành. Với sự giúp đỡ của các nƣớc xã hội chủ nghĩa trƣớc đây, đứng đầu là các nƣớc thuộc Liên Xô cũ để xây dựng nhiều nhà máy cơ khíchế tạo khá lớn, trải khắp các tỉnh miền Bắc nƣớc ta nhƣ nhà máy Cơ khí Hà Nội, nhà máy đóng tàu Bạch Đằng, cơ khí trung tâm Cẩm Phả, khu gang thép Thái Nguyên, nhà máy phân đạm Bắc Giang, nhà7 máy Điêzen Sông Công, nhà máy Chế tạo đầu máy toa xe Gia Lâm v.v… cùng rất nhiều nhà máy cơ khí lớn nhỏ khác của Công nghiệp Quốc phòng 11. Sản phẩm đúc trong giai đoạn này chủ yếu phục vụ sản phẩm chính của từng đơn vị nhƣ băng máy tiện, vỏthân động cơ, chân vịt, răng gầu xúc, bơm, trục cán…, thiết bị công nghệ lạc hậu, tỷ lệ phế phẩm cao nên lợi nhuận kinh doanh thấp. Trong một thời gian dài tiếp theo, ngành đúc kim loại thiếu sự quan tâm và vốn đầu tƣ để phát triển. Vì vậy hiện nay các sản phẩm đúc cũng chủ yếu là để phục vụ cho nhu cầu của từng nhà máy, sản phẩm còn khá hạn chế, chất lƣợng vật đúc chƣa ổn định, chƣa khống chế đƣợc khuyết tật khi đúc, các trang thiết bị trong đúc, vật liệu làm khuôn còn khá hạn chế, sản phẩm chƣa đáp ứng đƣợc so với yêu cầu của thị trƣờng. Tuy nhiên thời gian gần đây ngành đúc kim loại của ta cũng có nhiều chuyển biến tích cực. Một số doanh nghiệp đã đầu tƣ vào công nghệ đúc mới, bao gồm dây chuyền đúc đồng bộ với các thiết bị kiểm tra, phân tích nhanh chất lƣợng kim loại, nâng cao độ chính xác vật đúc. Một số dây chuyền, thiết bị công nghệ mới đã đƣợc đƣa vào đầu tƣ, lắp đặt tại Việt Nam điển hình nhƣ 7: Dây chuyền làm khuôn tự động DISAMATIC của công ty Cơ khí Đông Anh chuyên đúc bi nghiền hợp kim đúc chịu mài mòn cho các nhà máy xi măng; Hệ thống thiết bị hoàn chỉnh làm khuôn Furan chất lƣợng cao, dây chuyền đúc khuôn tƣơi cỡ nhỏ cơ khí hóa của công ty cơ khí Việt Nhật, công ty cổ phần cơ khí luyện kim (SADAKIM); Công nghệ đúc mẫu chảy, mẫu cháy các chi tiết phức tạp chất lƣợng cao cho ngành cơ khí, với công suất 600 tấnnăm của công ty cổ phần cơ khí và đúc kim loại Sài Gòn (SAMECO); công ty liên doanh VIDPOL v.v… Song so với nhu cầu của thị trƣờng thì ngành đúc của nƣớc ta mới chỉ đáp ứng đƣợc một phần nhu cầu cho các ngành cơ khí chế tạo, sản phẩm xuất khẩu còn rất hạn chế. Các doanh nghiệp trong nƣớc chƣa nắm bắt đƣợc các công nghệ đúc trong sản xuất loạt, trong đúc chính xác. Hiện nay ở các xƣởng đúc thƣờng phải sử dụng khuôn khô, tỷ lệ khuôn tƣơi trên tổng số khuôn đúc của xƣởng thƣờng không lớn, các khuyết tật liên quan đến đúc trong khuôn tƣơi còn chƣa khống chế đƣợc, khâu cơ khí hóa trong chuẩn bị vật liệu tạo khuôn còn ít đƣợc quan tâm, chất lƣợng khuôn chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu kỹ thuật tiên tiến 7. Trong khi đó, theo các chuyên gia, thị trƣờng tiêu thụ của sản phẩm đúc là rất lớn. Nhu cầu sản phẩm đúc cho các ngành công nghiệp trong nƣớc từ năm 20102020 tập trung vào ngành cơ khí chế tạo với nhu cầu vật đúc khoảng 689 ngàn tấn vào năm 2020 phục vụ cho cơ khí nông lâm ngƣ nghiệp, chế biến thực phẩm, máy công cụ, các loại máy xây dựng… Ngành giao thông vận tải với nhu cầu 817 ngàn tấn vật đúc vào năm 2020 cho sản xuất lắp ráp ôtô, xe máy, xe lửa… Các ngành công nghiệp khác nhƣ điện, luyện kim, khai thác mỏ, xi măng, tàu biển, cấp nƣớc… cũng cần rất nhiều sản phẩm chi tiết đúc. Dự đoán, nhu cầu các sản phẩm đúc trong nƣớc sẽ khoảng 1.927.000 tấn năm 2020 và 2.500.000 tấn năm 2025. Trƣớc mắt, trong 510 năm tới, các chi tiết bằng gang, chi tiết đúc chính xác bằng hợp kim nhôm có độ phức tạp cao, có tính năng đặc biệt phục vụ ngành giao thông vận tải, ngành cơ khí rất có triển vọng. Sản phẩm ngành đúc cũng có thị trƣờng xuất khẩu không nhỏ ví dụ nhƣ thị trƣờng Nhật Bản và Hàn Quốc, hàng năm có thể nhập hàng trăm ngàn tấn sản phẩm đúc nếu đạt chất lƣợng. Thị trƣờng Bắc Mỹ và Mỹ cũng đang là một trong những thị trƣờng lớn tiêu thụ sản phẩm kim loại đúc.8 Đứng trƣớc đòi hòi ngày một lớn của thị trƣờng trong nƣớc, đề phù hợp với chiến lƣợc phát triển kinh tế xã hội thì việc phát triển ngành đúc là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc. Theo quyết định phê duyệt về kế hoạch phát triển ngành Đúc Việt Nam giai đoạn 20092020 có xét đến năm 2025 của Bộ Công Thƣơng 11 đã xác định quan điểm phát triển trong giai đoạn này bao gồm những điểm sau: a) Sản phẩm đúc là sản phẩm công nghiệp hỗ trợ quan trọng, phát triển ngành đúc để phát triển ngành công nghiệp hỗ trợ Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu của nền kinh tế, góp phần hạn chế nhập siêu; b) Phát triển ngành đúc Việt Nam phù hợp với Chiến lƣợc phát triển ngành cơ khí Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020 đã đƣợc Thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 1862002QĐTTg ngày 26 tháng 12 năm 2002; c) Phát triển ngành đúc Việt Nam ổn định, bền vững, thân thiện môi trƣờng, kế thừa tính tiên tiến, hiện đại của khoa học và công nghệ khu vực và thế giới; d) Phát triển ngành đúc Việt Nam nhằm phục vụ phát triển kinh tếxã hội và phục vụ quốc phòng. Định hƣớng phát triển trong giai đoạn này thứ nhất là tập trung đầu tƣ chiều sâu, đầu tƣ mới với công nghệ hiện đại để sản xuất những sản phẩm đúc nhằm chủ động đáp ứng tối đa nhu cầu trong nƣớc, bao gồm cả nhu cầu của công nghiệp quốc phòng. Thứ hai là tiến tới sản xuất các chi tiết đúc có chất lƣợng và độ chính xác cao thay thế hàng ngoại nhập và xuất khẩu. Với quan điểm và định hƣớng đó thì mục tiêu Bộ Công thƣơng xác định là đến năm 2020, ngành đúc đáp ứng phần lớn nhu cầu sản phẩm đúc của thị trƣờng nội địa đối với các ngành: khai thác mỏ, xây dựng, giao thông, cơ khí chế tạo và nhu cầu quốc phòng, có một phần xuất khẩu. Đến năm 2025 sản xuất sản phẩm đúc chất lƣợng cao để thay thế nhập khẩu và tiến tới xuất khẩu.  Kết luận: Từ những đánh giá tổng quan ở trên thì công nghệ đúc khuôn cát vẫn là một trong những ngành công nghệ chế tạo phôi chính hiện nay trên thế giới, và xu hƣớng phát triển trong thời gian tới là hoàn thiện về mặt công nghệ, tự động hóa quá trình sản xuất, kiểm soát nâng cao chất lƣợng của sản phẩm đúc. Ở Việt Nam công nghệ đúc trong khuôn cát có chứa nƣớc (khuôn tƣơi cátsét) có qui mô nhỏ, việc hạn chế khuyết tật liên quan đến độ ẩm còn hạn chế, vì vậy để phù hợp với xu hƣớng phát triển của thế giới, cũng nhƣ để phù hợp với định hƣớng phát triển ngành đúc trong thời gian tới, thì việc nghiên cứu phát triển công nghệ đúc trong hệ khuôn cát nói chung và đặc biệt là trong hệ khuôn cát tƣơi cần tiếp tục đầu tƣ, nghiên cứu. 1.2 Trƣờng nhiệt độ và trƣờng ẩm trong khuôn Nhƣ đã phân tích ở phần trên, trong ngành đúc thì việc sử dụng khuôn cát chiếm tỷ lệ lớn và vẫn là một trong các công nghệ chế tạo phôi chủ yếu trong công nghiệp. Trong đó công nghệ đúc trong khuôn có chứa nƣớc nhƣ khuôn tƣơi cátsét là công nghệ chế tạo chính bởi những ƣu điểm của hệ khuôn này. Tuy nhiên một vấn đề đặt ra cần giải quyết để nâng cao chất lƣợng của hệ khuôn là khống chế ảnh hƣởng của độ ẩm trong khuôn đến chất lƣợng của vật đúc. Các khuyết tật trong vật đúc thông thƣờng có các dạng nhƣ sau: Khuyết tật do khí;9 Khuyết tật do co ngót; Nứt; Tạp chất phi kim; Dạng khuyết tật khác. Trong số đó thì khuyết tật do khí chiếm tỷ lệ lớn nhất (hình 1.2), nguyên nhân chủ yếu là do khí của khuôn, khí trong kim loại gây ra. Ngoài ra một nguyên nhân lớn khác do hơi ẩm sinh ra từ nƣớc trong khuôn và các khí sinh ra do sự phân hủy của các chất kết dính có trong khuôn chứa nƣớc nhƣ khuôn tƣơi và khuôn CO2. Hình 1.2 Dạng khuyết tật trong đúc (87) Sự có mặt của nƣớc trong khuôn có ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng của sản phẩm đúc (hình 1.3). Trƣớc đây sự ảnh hƣởng của nƣớc ít đƣợc quan tâm, các vấn đề liên quan đến ẩm trong khuôn tƣơi chủ yếu đƣợc giải quyết bằng kinh nghiệm, hơn nữa chất lƣợng vật đúc lúc đó không đòi hỏi quá cao. Hình 1.3 Các dạng khuyết tật liên quan đến trường ẩm trong đúc 7110 Quá trình ẩm trong khuôn liên quan trực tiếp đến quá trình nung nóng khuôn, khi rót kim loại lỏng vào khuôn, trƣớc hết bề mặt khuôn nóng lên nhanh chóng, nƣớc (và các chất dễ bốc hơi) sẽ sôi, bốc hơi và dịch chuyển ra ngoài qua bề mặt khuôn. Các vùng có liên quan tới quá trình bốc hơi nƣớc khá phức tạp thể hiện các vùng cụ thể trên hình 1.4 nhƣ sau : Hình 1.4 Cấu trúc bề mặt nhiệt của khuôn cát tươi khi đúc thép 15 1. Vùng ngƣng tụ, nơi mà hơi nƣớc bị ngƣng tụ lại khi gặp nhiệt độ thấp ở phần khuôn ngoài (hơi nƣớc truyền nhanh hơn nhiệt độ trong khuôn). Vùng này nhiều năm là đối tƣợng của tranh luận về sự tồn tại nhƣ là một vùng hẹp riêng hay nó chính là vùng dịch chuyển hơi nƣớc. Mô hình theo lý thuyết của Kubo và Pehlke (1986) đã đƣa ra câu trả lời, nơi mà việc đo đạc trực tiếp là rất khó ; nhƣng thực sự nó là một vùng riêng, và đã đƣợc xác nhận trƣớc đó bởi Berry et al. (1959). Vùng này gọi là vùng ẩm. Lƣợng nƣớc ở đây tăng lên và nó làm giảm mạnh độ bền của khuôn tƣơi, đó là một nguyên nhân gây ra phá hủy cơ học trong vùng này. 2. Vùng phần ngoài khuôn, nơi nhiệt độ và lƣợng ẩm giữ nguyên không thay đổi. Khi có tác động của nhiệt độ các vùng chuyển biến trong khuôn có ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng của vật đúc, đặc biệt trong công nghệ chế tạo khuôn bằng áp lực cao, vì vậy trƣờng nhiệt và trƣờng ẩm đã đƣợc các nƣớc có công nghệ đúc phát triển rất quan tâm. 1.2.1. Những nghiên cứu trên thế giới về vấn đề trƣờng nhiệt và trƣờng ẩm Ruddle và Mincher (năm 1950) đã nghiên cứu các đặc tính nhiệt và năng lƣợng làm mát của một số vật liệu làm khuôn phi kim loại 45. Họ đã ghi lại đƣờng cong nhiệt độ, sử dụng các mẫu có hình dạng gồ ghề và rót vào trong đó các hợp kim khác nhau. Họ đã kết luận rằng các kết quả thu đƣợc, cái mà phù hợp với những phân tích về sự truyền nhiệt của họ, có thể vẫn đƣợc sử dụng cho đúc rót trong khuôn cát khô, nhƣng các kết quả đó khi tìm ra với khuôn cát tƣơi là không đáng tin cậy. Họ cũng đã công bố rằ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Xuân Tiến TRƢỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ TRƢỜNG ẨM TRONG KHUÔN TƢƠI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU HÀ NỘI – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Xuân Tiến TRƢỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ TRƢỜNG ẨM TRONG KHUÔN TƢƠI Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 62520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Đào Hồng Bách TS Nguyễn Khải Hoàn HÀ NỘI – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tên Trần Xuân Tiến, nghiên cứu sinh Bộ môn Vật liệu Công nghệ đúc – Viện Khoa học kỹ thuật vật liệu – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan nội dung luận án tuân thủ qui định tác giả, trích dẫn đầy đủ nội dung kiến thức làm tảng sở lý thuyết đề tài Các kết nghiên cứu công sức nghiên cứu thời gian năm học tập, nghiên cứu trƣờng không trùng lặp với tài liệu đƣợc công bố lĩnh vực đề tài Tôi xin cam đoan chịu trách nhiệm trƣớc toàn nội dung luận án./ TM Tập thể hƣớng dẫn: PGS TS Đào Hồng Bách Nghiên cứu sinh Ngày tháng năm 2016 Trần Xuân Tiến LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Đào Hồng Bách nhiệt tình hƣớng dẫn suốt trình thực luận án; xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Khải Hoàn hƣớng dẫn, định hƣớng cho luận án mặt ứng dụng thực tiễn, đặc biệt định hƣớng ứng dụng lĩnh vực khoa học quân Tôi xin chân thành cảm ơn thầy (cô), anh (chị) em học viên môn VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC thầy (cô) Viện KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU giúp đỡ, tạo điều kiện nhiều mặt suốt thời gian học tập, nghiên cứu môn Tôi xin chân thành cảm ơn thủ trƣởng Viện Tên lửa, thủ trƣởng Phòng Công nghệ tạo điều kiện mặt thời gian, sở vật chất thời gian thực luận án Cảm ơn (cô) chú, anh em đồng nghiệp PHÒNG CÔNG NGHỆ ủng hộ, giúp đỡ nhiều mặt suốt thời gian thực luận án Cuối xin cảm ơn gia đình tôi, bố mẹ, vợ, ủng hộ mặt tinh thần, hậu phƣơng vững để hoàn thành tốt nhiệm vụ Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn đến ông, bà ngoại tôi, đến bác, chú, cô, cậu, dì, anh, chị, em hai bên nội, ngoại ủng hộ mặt giúp có đƣợc thành công nhƣ ngày hôm nay./ Nghiên cứu sinh Trần Xuân Tiến MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC BẢNG iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ iv MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Xu hƣớng phát triển công nghệ đúc khuôn cát 1.1.1 Vai trò xu hƣớng phát triển giới 1.1.2 Thực trạng xu hƣớng phát triển Việt Nam 1.2 Trƣờng nhiệt độ trƣờng ẩm khuôn 1.2.1 Những nghiên cứu giới vấn đề trƣờng nhiệt trƣờng ẩm 10 1.2.2 Các nghiên cứu nƣớc liên quan đến toán trƣờng nhiệt trƣờng ẩm: 17 1.3 Kết luận 19 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20 2.1 Phƣơng pháp mô hình hóa cấu trúc cho khuôn đúc Các chế truyền nhiệt chuyển khối khuôn 20 2.1.1 Vật liệu làm khuôn hệ rời rạc ngành đúc 20 2.1.2 Phƣơng pháp mô hình hóa cấu trúc 24 2.1.3 Các chế truyền nhiệt chuyển khối khuôn vai trò trình nung nóng khuôn 33 2.2 Mô hình hóa cấu trúc khuôn tƣơi cát-sét 35 2.2.1 Mô hình hình học khuôn cát-sét 35 2.2.2 Các trình hóa lý khuôn tƣơi cát-sét 40 2.2.2.1 Quá trình thấm 40 2.2.2.2 Quá trình bay ngƣng tụ 42 2.2.2.3 Quá trình khuếch tán khí khuôn 43 2.3 Nghiên cứu trƣờng nhiệt độ trƣờng ẩm Fluent 44 2.3.1 Các định luật truyền nhiệt chuyển khối ANSYS FLUENT 44 2.3.2 Mô toán truyền nhiệt bay ANSYS FLUENT 46 2.3.2.1 Mô hình hình học 46 2.3.2.2 Chia lƣới xác định điều kiện biên 47 2.3.2.3 Mô hình hóa 47 2.3.2.4 Kết 48 2.4 Các phƣơng pháp giải toán trƣờng nhiệt độ đúc 49 2.5 Kết luận 50 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 52 3.1 Nhiệm vụ mục tiêu nghiên cứu luận án 52 3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 53 3.2.1 Thực nghiệm 53 3.2.1.1 Phƣơng pháp thí nghiệm đo trƣờng nhiệt độ 53 3.2.1.2 Thiết lập phƣơng trình hồi qui mặt hóa ngƣng tụ 56 3.2.2 Thiết lập mô hình toán mô số 57 3.2.2.1 Mô hình toán trình truyền nhiệt 57 3.2.2.2 Mô hình toán trình truyền khí nung khuôn 60 3.2.3 Giải toán nhiệt-ẩm khuôn phƣơng pháp số 61 3.3 Kết luận 67 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 68 4.1 Kết thực nghiệm 68 4.1.1 Phân bố nhiệt độ khuôn 68 4.1.2 Các yếu tố công nghệ ảnh hƣởng đến vùng ẩm khuôn 70 4.1.3 Phƣơng trình thực nghiệm vùng hóa hơi, ngƣng tụ 71 4.1.4 Xác định thông số nhiệt lý khuôn cát tƣơi 73 4.2 Kết mô số 75 4.2.1 Trƣờng nhiệt độ trƣờng độ ẩm khuôn 75 4.2.1.1 Đƣờng cong tăng nhiệt vị trí khác khuôn 75 4.2.1.2 Trƣờng nhiệt độ khuôn 80 4.2.1.3 Trƣờng ẩm khuôn 81 4.2.1.4 Sai số cách hiệu chỉnh mô hình 84 4.2.2 Vị trí, tốc độ mặt hóa 86 4.2.3 Trƣờng áp suất khuôn 91 4.2.4 Sự ảnh hƣởng thông số công nghệ đến trƣờng nhiệt độ trƣờng ẩm khuôn 95 4.2.4.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ rót 95 4.2.4.2 Ảnh hƣởng độ ẩm ban đầu 100 4.3 Ứng dụng kết mô số 103 4.3.1 Ứng dụng nghiên cứu bọng cát đúc 103 4.3.2 Ứng dụng điều khiển trình đông đặc vật đúc 108 4.4 Kết luận 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 117 PHỤ LỤC 118 Phụ lục CODE chƣơng trình mô số toán trƣờng nhiệt độ trƣờng ẩm Visual Studio 12 118 Phụ luc Một số kết Thực nghiệm Luận án 118 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Dcs – đƣờng kính hạt cát (m) Da – hệ số khuếch tán không khí khô (m2/s) Dw – hệ số khuếch tán nƣớc (m2/s) αngoai – hệ số trao đổi nhiệt khuôn môi trƣờng (W/ (m2 K)) kc – hệ số truyền khối cát-sét khí (m/s) kd – độ thấm theo định luật Darcy (m2) L – độ dày khuôn (m) Lw - ẩn nhiệt hóa nƣớc (kJ/kg) P0 – áp suất khí (101,3 kPa) Pa – áp suất riêng phần không khí khô (Pa) Pr – số Prandtl v/g Pw – áp suất riêng phần nƣớc (Pa) Pw0 – áp suất bão hòa nhiệt độ Tcs (Pa) PwT0 – áp suất bão hòa nhiệt độ T0 (Pa) Ra – số khí không khí khô (287,1 Pa.m3/(kg.K)) Re – số Reynold uDcs/v Rw – số khí nƣớc (461,5 Pa.m3/(kg.K)) Sb – diện tích bề mặt riêng đơn vị thể tích 6(1 - )/Dcs (m2/m3) Sc – số Schmidt v/Dw T0 – nhiệt độ ban đầu khuôn (K) Tcs – nhiệt độ khuôn cát-sét (K) Tg – nhiệt độ hỗn hợp khí khuôn (K) t – thời gian tính (s) t – bƣớc thời gian (s) u – tốc độ dòng khí khuôn tính theo Darcy (m/s) W – độ ẩm W0 – độ ẩm ban đầu khuôn Wmax – độ ẩm vùng vận chuyển ẩm w – tốc độ truyền khối nƣớc (kg/m2.s) x – khoảng cách tính từ bề mặt vật đúc-khuôn (m) x – bƣớc không gian (m)  - độ xốp khuôn  - độ dẫn nhiệt khuôn (W/m.K) i g – độ dẫn nhiệt hỗn hợp khí khuôn (W/m.K)  - độ nhớt khí khuôn (Pa.s) v – độ nhớt động học khí (m2/s) a - khối lƣợng riêng không khí khô Pa/(Ra.Tg) (kg/m3) c - khối lƣợng riêng cát (kg/m3) cs - khối lƣợng riêng khuôn cát-sét (kg/m3) g - khối lƣợng riêng hỗn hợp khí khuôn (kg/m3) w - khối lƣợng riêng nƣớc Pw/(Rw.Tg) (kg/m3) ii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các tính chất vật lý vật liệu kết dính cho hỗn hợp cát-sét (sét bentonite) 40 Bảng 2.2 Thông số nhiệt lý hỗn hợp khuôn 46 Bảng 3.1 Thành phần hỗn hợp khuôn tiến hành thí nghiệm 56 Bảng 4.1 Kết thí nghiệm xác định vị trí mặt ngƣng tụ mặt hóa 71 Bảng 4.2 Các tham số dùng tính thông số nhiệt lý đƣợc tính từ kết thí nghiệm 74 Bảng 4.3 Thông số nhiệt lý nƣớc 74 Bảng 4.4 Giá trị hệ số khuếch tán nhiệt độ ak độ dẫn nhiệt  khuôn 74 Bảng 4.5 So sánh giá trị độ ẩm lớn mô hình công thức thực nghiệm 84 iii vùng đạt giá trị lớn nhất, thực tế vùng ngƣng tụ đƣợc gọi vùng vận chuyển ẩm, độ ẩm vùng giữ không đổi đƣợc giới hạn mặt hóa mặt ngƣng tụ khuôn Sự hình thành vùng ngƣng tụ làm nhiệt độ khuôn chứa vùng không đổi giữ khoảng 373 K Độ rộng vùng ngƣng tụ thay đổi theo thời gian, dƣới tác động áp suất dƣ mặt phân cách vật đúc khuôn, vùng ngƣng tụ bị đẩy vào sâu khuôn mở rộng dần theo thời gian sâu vào khuôn trƣờng nhiệt độ giảm trình ngƣng tụ dễ xảy Nhƣ để nghiên cứu trình hình thành vùng ngƣng tụ ta cần tìm đƣợc khoảng cách mà độ ẩm đạt đƣợc giá trị tới hạn vùng ngƣng tụ cách nghiên cứu, khảo sát biến thiên độ ẩm vị trí khuôn Sự biến thiên độ ẩm vị trí khác khuôn có thành phần khác đƣợc mô tả hình 4.67  4.70 Hình 4.67 Sự biến thiên độ ẩm vị trí khác (hỗn hợp W0 =2%, Trót = 933 K) Hình 4.68 Sự biến thiên độ ẩm vị trí khác (hỗn hợp W0 =4%, Trót = 933 K) 104 Hình 4.69 Sự biến thiên độ ẩm vị trí khác (hỗn hợp W0 =6%, Trót = 933 K) Hình 4.70 Sự biến thiên độ ẩm vị trí khác (hỗn hợp W0 =8%, Trót = 933 K) Từ kết nhận thấy rằng, thời gian đầu độ ẩm lớn vùng ngƣng tụ vị trí gần bề mặt khuôn thƣờng thấp giá trị ẩm lớn vị trí xa khuôn (hình 4.67  4.70), giá trị ẩm lớn vùng ngƣng tụ đạt giá trị lớn di chuyển đến vị trí định khuôn Sự thay đổi giá trị ẩm lớn vùng ngƣng tụ vị trí sát mặt phân khuôn, nƣớc bốc nhanh gần kim loại lỏng khuôn, nhiệt độ lớn nên nƣớc ngƣng tụ phần sau bị hóa ngay, giá trị ẩm vị trí thƣờng thấp giá trị ẩm lớn nhất, vị trí xa bề mặt hầu nhƣ toàn nƣớc bị đẩy sang lớp bên cạnh, đo chúng có độ ẩm lớn Điều có ý nghĩa nghiên cứu trình hình thành bọng cát khuôn Vùng ngƣng tụ khuôn độ ẩm 2% (hình 4.67) xuất vị trí mm sau thời gian khoảng 18s, khuôn độ ẩm 4% (hình 4.68) vị trí mm, thời gian 15 s, khuôn độ ẩm 6% (hình 4.69) vị trí mm, thời gian 12 s, khuôn có độ ẩm 8% (hình 4.70) vùng ngƣng tụ 105 xuất vị trí mm so với mặt vật đúc-khuôn sau thời gian khoảng gần 10s Nhƣ độ ẩm khuôn cao thời gian hình thành vùng ngƣng tụ nhỏ vị trí xuất gần bề mặt vật đúc khuôn Việc xác định đƣợc khoảng cách thời điểm mà vùng ngƣng tụ có độ ẩm lớn giúp chọn phƣơng án ngăn ngừa hình thành bọng cát trình đúc, yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến chất lƣợng vật đúc, điều mà thực nghiệm phức tạp Hình 4.71 Vị trí mặt ngưng tụ khuôn sau (hỗn hợp W0 =2%, Trót = 933 K) Hình 4.72 Tốc độ dịch chuyển mặt ngưng tụ khuôn sau (hỗn hợp W0 =2%, Trót = 933 K) Từ phân bố độ ẩm khuôn ta tìm đƣợc vị trí tốc độ mặt ngƣng tụ theo thời gian (hình 4.71 4.72), vị trí tốc độ mặt ngƣng tụ cho phép ta xác định vị trí vùng thời điểm bất kì, từ giúp cho việc nghiên cứu, phân tích ảnh hƣởng vùng ẩm đến độ bền khuôn, ảnh hƣởng vùng ẩm đến biến dạng khuôn lõi trở nên dễ dàng nhiều Ngoài vùng ngƣng tụ, độ ẩm tới hạn vùng có ảnh hƣởng đến trình hình thành bọng cát khuôn, theo tài liệu bọng cát hình thành độ ẩm đạt 10 – 15% [2] dễ xảy vùng ngƣng tụ xuất Kết mô cho thấy độ ẩm vùng ngƣng tụ có giá trị cao 10% với hệ khuôn có độ ẩm 106 7% (hình 4.73) vùng ngƣng tụ hệ khuôn có độ ẩm cao có thời gian xuất ngắn, vị trí gần với mặt vật đúc khuôn Hình 4.73 Ảnh hưởng độ ẩm ban đầu đến trường ẩm khuôn (Trót = 933 K, thời gian 25s sau rót) Hình 4.74 Ảnh hưởng độ ẩm ban đầu đến trường ẩm khuôn (Trót = 933 K, thời gian 250s sau rót) So sánh thay biến đổi độ ẩm khuôn với hệ khuôn có độ ẩm ban đầu khác (hình 4.73 4.74) nhận thấy xuất vùng ngƣng tụ hệ khuôn có độ ẩm cao sớm so với khuôn có độ ẩm thấp Độ ẩm ban đầu tăng làm tăng độ ẩm vùng ngƣng tụ, tăng chiều dày vùng vận chuyển ẩm Nhƣ độ ẩm có ảnh hƣởng mạnh đến vị trí, chiều rộng vùng vận chuyển ẩm, thời gian lớn ảnh hƣởng độ ẩm ban đầu đến trƣờng ẩm lớn Qua phân tích vị trí thời gian hình thành vùng ngƣng tụ nhận thấy vùng ngƣng tụ xuất khoảng cách 6-11 mm so với mặt vật đúc-khuôn sau khoảng thời gian 10 – 30 s Do để hạn chế ảnh hƣởng vùng ngƣng tụ, hạn chế khả xuất bọng cát dùng kết mô để xác định vùng ngƣng tụ, sở để lựa chọn 107 hỗn hợp làm khuôn thỏa mãn điều kiện có thời gian hình thành vùng ngƣng tụ lớn, độ ẩm vùng ngƣng tụ nhỏ 10%, vị trí xuất vùng ngƣng tụ xa so với mặt vật đúckhuôn 4.3.2 Ứng dụng điều khiển trình đông đặc vật đúc Trong ngành đúc việc điều khiển trình đông đặc vật đúc có vai trò đặc biệt quan trọng, ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng, tổ chức tính chất vật đúc sau này, để đảm bảo đƣợc chất lƣợng vật đúc việc điều khiển trình đông đặc vật đúc có vai trò quan trọng Đối với khuôn tƣơi cát-sét, trƣớc việc nghiên cứu đƣờng nguội vật đúc hệ khuôn chủ yếu thực nghiệm, thông qua nghiên cứu trƣờng nhiệt độ vùng cát khô, việc nghiên cứu thực nghiệm khó khăn tốn kém, lúc thực thực tế phụ thuộc vào vật liệu nấu đúc, khả thiết bị đo điều kiện thí nghiệm Do nhiều nghiên cứu vào mô số, nhiên việc mô thông qua vùng cát khô cho độ xác không cao, mô hình không mô tả đƣợc đầy đủ trình nhiệt khuôn có nƣớc Luận án mô trình nhiệt khuôn đồng thời với trình ẩm, kết đối chiếu với thực nghiệm tƣơng đồng, kết luận án dùng mô số trình đông đặc vật đúc mang lại hiệu cao Hình 4.75 Đường nguội vật đúc khuôn có độ ẩm khác Độ bền khuôn chịu ảnh hƣởng độ ẩm khuôn, đặc biệt có hình thành vùng ngƣng tụ, có độ ẩm cao nên điểm có vùng ngƣng tụ độ bền khuôn bị yếu nhất, để nghiên cứu tốt độ bền khuôn, cần phải tính đƣợc độ ẩm vị trí đo, đặc biệt cần phải khảo sát đƣợc tính bền tiến rót kim loại lỏng vào khuôn, điều trở nên tốt ta biết đƣợc biến thiên ẩm vị trí 4.4 Kết luận Bằng thực nghiệm luận án xây dựng đƣợc quan hệ vị trí mặt hóa ngƣng tụ theo thời gian, độ ẩm phần trăm sét Từ đó, xác định đƣợc thời gian mà bề mặt khuôn/vật đúc giữ trạng thái ẩm, thông số quan trọng có tác động trực tiếp tới khuyết tật khuôn cát tƣơi nhƣ vỡ cát, bọng cát Nó mô tả rõ ứng xử khuôn, bề mặt khuôn khuôn cát tƣơi, từ góp phần cho định hƣớng giải 108 toán khắc phục khuyết tật vật đúc, ví dụ nhƣ sử dụng thời gian chiều dày lớp cát khô toán sấy khuôn Đã xác định hệ số khuếch tán nhiệt độ độ dẫn nhiệt khuôn dựa mô hình Veinik, mô hình sử dụng hiệu mô trình đúc khuôn cát tƣơi Hệ số khuếch tán nhiệt độ đƣợc sử dụng làm thông số đầu vào toán mô trƣờng nhiệt độ trình đúc khuôn tƣơi Các kết phù hợp với kết tác giả trƣớc Chƣơng trình mô trƣờng nhiệt độ trƣờng ẩm viết phần mềm Visual Studio 2012 cho phép ta khảo sát đồng thời trƣờng nhiệt độ, trƣờng ẩm trƣờng áp suất khuôn, từ kết góp phần làm sáng tỏ trình truyền khối chuyển chất hệ khuôn tƣơi Sai số giá trị nhiệt độ khuôn độ ẩm so với kết thực nghiệm 5-8% Qua kết mô phỏng, yếu tố công nghệ độ ẩm ban đầu yếu tố có ảnh hƣởng mạnh đến trƣờng nhiệt độ trƣờng ẩm khuôn Bằng phƣơng pháp mô số cho phép ta khảo sát đƣợc thay đổi áp suất khuôn, nghiên cứu đồng thời với trình nhiệt ẩm khuôn, góp phần làm sáng tỏ tƣợng xảy khuôn tƣơi rót kim loại lỏng vào khuôn 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Thiết lập đƣợc mô hình cấu trúc cho hệ khuôn tƣơi cát-sét, khuôn tƣơi cát-sét đƣợc mô hình hóa dạng gồm hạt cát-sét không khí điền đầy lỗ trống khuôn Khi thông số nhiệt lý đƣợc tính qua nhiệt trở tƣơng đƣơng nhƣ sau:  Độ dẫn nhiệt độ khuôn:  )( ( )  (2.42)  Nhiệt dung riêng cát-sét đƣợc tính nhƣ sau: ( ) (2.43) Cơ chế truyền nhiệt hệ khuôn tƣơi cát-sét là: chế dẫn nhiệt qua khuôn khí; chế trao đổi nhiệt đối lƣu khuôn khí lỗ trống khuôn Quá trình truyền khối gồm có trình bay ngƣng tụ nƣớc, trình chuyển khối hỗn hợp khí khuôn dƣới tác động chênh áp khuôn Ngoài có trình khuếch tán nƣớc Mô hình toán cho toán trƣờng nhiệt độ trƣờng ẩm khuôn tƣơi song song với toán áp suất khuôn đƣợc thể qua phƣơng trình sau: ( ) ( ) ( ) ( )  ) ( ( ) *( )( ) ( ] ) [( ( )( ) ( ) ( ) (3.9) ) ( (3.10) ( )( ) )+ ( ) (3.23) ( ) *( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )+ (3.24) Độ ẩm vi phân thể tích đƣợc tính theo phƣơng trình sau: ( ) ( ) ( ) (3.25) Bằng phƣơng pháp xử lý số liệu dựa kết thí nghiệm đo trƣờng nhiệt độ khuôn thiết lập đƣợc phƣơng trình hồi qui cho vị trí mặt hóa là: √ (4.2) mặt ngƣng tụ là: √ (4.3) Từ kết thực nghiệm giải toán ngƣợc, thông số nhiệt lý hệ khuôn tƣơi cát-sét đƣợc xác định dựa tỷ phần sét v (kg/kg) độ ẩm ban đầu w (kg/kg) nhƣ sau:  hệ số khuếch tán nhiệt độ: (4.11)  độ dẫn nhiệt độ khuôn:  (4.12) 110 Kết đƣợc sử dụng làm thông số đầu vào cho chƣơng trình mô đúc Viết chƣơng trình mô số trƣờng nhiệt độ trƣờng ẩm cho hệ khuôn tƣơi cát-sét phần mềm Visual Studio 12 Miền khảo sát khuôn có độ ẩm ban đầu khoảng  8%, nhiệt độ rót 933  1023 K (660  750 0C) Sử dụng phƣơng pháp sai phân mạng ẩn để giải toán cho mô chiều có xét đến ảnh hƣởng trọng trƣờng Kết chƣơng trình trƣờng nhiệt độ, trƣờng ẩm, trƣờng áp suất, vị trí mặt tốc độ mặt hóa khuôn Bằng phƣơng pháp mô số xây dựng đƣợc mặt hơi, mặt ẩm trình dịch chuyển Đặc biệt rõ mối liên quan hàm lƣợng ẩm với trƣờng ẩm khuôn, cho phép ta nghiên cứu sâu trình hình thành vùng ngƣng tụ khuôn nhƣ thời gian vị trí xuất khuôn Kết mô số cho phép nghiên cứu ảnh hƣởng độ ẩm khuôn đến đƣờng nguội vật đúc với dạng khuôn có thông số đầu vào khác nhau, giúp điều khiển trình đông đặc vật đúc KIẾN NGHỊ Bài toán trƣờng nhiệt độ trƣờng ẩm toán phức tạp, chịu ảnh hƣởng nhiều thông số công nghệ, đặc biệt điều kiện biên mặt ranh giới có mặt khuôn Một biên quan trọng giai đoạn đầu bắt đầu rót kim loại lỏng vào khuôn Để hoàn thiện mô hình, tiến tới mô toàn trình đúc khuôn tƣơi cát-sét hƣớng nghiên cứu cần thực gồm: tiếp tục nghiên cứu xác định biên cho toán giai đoạn đầu (nghĩa tính đến thời gian rót khuôn) ; nghiên cứu bổ sung ảnh hƣởng yếu tố nhƣ than hoạt tính đến trƣờng nhiệt độ trƣờng ẩm khuôn; phát triển từ mô hình có, nghiên cứu xác định trƣờng ứng suất khuôn tƣơi 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] TIẾNG VIỆT Đào Hồng Bách (2000) Trường nhiệt độ hệ vật đúc khuôn đúc Luận án Tiến sĩ KHKT, ĐHBK, Hà Nội Đinh Quảng Năng (2003) Vật liệu làm khuôn NXB Khoa học Kỹ thuật, 220 tr Hoàng Đình Long, Nguyễn Kim Kỳ (2015) Nghiên cứu hiệu xúc tác khí thải xe máy giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy Tạp chí KHOA HỌC  CÔNG NGHỆ, Trƣờng ĐH Công nghiệp Hà Nội, số 27, 2015, trang 46-49 Lê Công Dƣỡng, Phạm Văn Khôi (1996) Tính toán tốc độ nguội kết tinh nguội nhanh mỏng nhôm hợp kim nhôm Tóm tắt nội dung báo cáo khoa học, ĐHBK, Hà Nội, tr76 Nguyễn Hồng Hải (1994) Điều khiển trình đông đặc nhằm cải thiện số tính chất hợp kim nhôm Luận án Phó tiến sỹ KHKT, ĐHBK, Hà Nội Nguyễn Hồng Hải, Phạm Văn Khôi, Đinh Quảng Năng (1996) Điều khiển trình đông đặc ứng dụng Tuyển tập công trình khoa học , Hội nghị khoa học lần thứ XVII, phân ban Luyện kim - Công nghệ vật liệu, ĐHBK, Hà nội, tr 119 – 12469 Phạm Quang Lộc (2000) Kỹ thuật đúc NXB Thanh Niên Phạm Văn Khôi, Nguyễn Hồng Hải (1994) Về phương pháp nhằm xác định tốc độ đông đặc vật đúc Khoa học & Công nghệ, ĐHBK Hà nội, Đà nẵng, Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh, 6, tr 44-47 Phạm Văn Khôi, Nguyễn Hữu Dũng (1998) Trường nhiệt độ trường ẩm khuôn tươi cát - sét Khoa Học Công nghệ, Trung tâm khoa học tự nhiên Công nghệ Quốc gia, tập XXXVI, 5, tr 45 – 50 Phạm Văn Khôi, Đào Hồng Bách, Nguyễn Khải Hoàn (1999) Xác định hệ số dẫn nhiệt lớp sơn khuôn thực nghiệm kỹ thuật đúc Hội thảo Luyện kim Công nghệ vật liệu lần thứ nhất, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học Khoa học Công nghệ Côn Minh, Hà Nội, tr 2-11 Quyết định (2012) Phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành Đúc Việt Nam giai đoạn 2009-2020 có xét đến năm 2025 Bộ Công thƣơng Trƣơng Ngọc Tuấn, Lê Tiến Mƣời, Trần Hồng Thao (2011) Xác định hệ số truyền ẩm hạt ngô Tạp chí nghiên cứu KHCN Quân sự, số 16, 12-2011, trang 213217 TIẾNG ANH [13] Banchhor R, et al, (2014) Critical Assessment of Green Sand Moulding Processes International Journal of Recent Development in Engineering and Technology Volume 2, Issue 4, April 2014, p 90-98 [14] Banchhor, et al (2015) Modeling of Moulding Sand Characteristics in Disamatic Moulding Line Green Sand Casting International Journal of Advanced Engineering Research and Studies, 05-2015, p.227 - 230 [15] Bauer R., Schlunder E.U (1978) Effective Radial Thermal Conductivity of Packing in Gas Flow I.Ch.E., 1978, vol.18, №2, p.181-204 [16] Bishop H F., Brandt F A and Pellini W S (1951) Solidification of steel against sand and chill walls Transactions AFS, vol 59, p 435-440 [17] Botterill J.S.M., Salway A.G., Teoman Y (1989) The Effective Thermal Conductivity of High Temperature Particulate Beds Pt II: Model Predictions and the Implication of the Experimental Values, Int J Heat Mass Transfer, 1989, vol 32, №3, p 595609 112 [18] Chang Y , Hocheng H (2011) The Flowability Of Bentonite Bonded Green Molding Sand Journal of Material Processing Technology 113,(2001), p 238-244 [19] Das S., Dr Rakesh L Himte Design (2013) Analysis of Pure Iron Casting with Different Moulds International Journal of Modern Engineering Research (IJMER) www.ijmer.com Vol 3, Issue 5, Sep - Oct 2013 pp-2875-2887 [20] Dequan S., Guili G (2012) Nonlinearity Analysis and Compensation of Measuring the Moisture Content of Green Sand Based on Capacitance Method Proceeding of 2012 International Conference on Mechanical Engineering and Material Science, p 524-527 [21] Draper A B (1969) Condensation zones in molding sands bonded with southern bentonite Transactions AFS, Vol 77, p 407-414 [22] Draper A B (1973) Vapor transport zones in production molds Transactions AFS, Vol 77, p 328-335 [23] Hayes K.D., Barlow J.O., Stefanescu D.M., Piwonka T.S (1998) Mechanical Penetration of Liquid Steel in Sand Molds AFS Transactions, 1998, vol 106, p 769776 [24] Hrbek A., Havlicek F and Jenicek L (1968) Condensation zone Cast metals research journal, vol 4, p 86-90 [25] Hsiau S S and Chang W J (1999) Cooling analysis of castings in green sand molds Transactions AFS, vol.106, p.595-560 [26] Kasai A., Murayama Т., Ono Y (1993) Measurement of Effective Thermal Conductivity of Coke ISIJ International, 1993, vol 33, №6 p 697-702 [27] Krajewski* P.K., Piwowarski G., Suchy J.S (2014) Thermal Conductivity of the Green-Sand Mould Poured with Copper A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l u m e , S p e c i a l I s s u e / 4, p 67-70 [28] Kubo K., Pehlke R.D (1985) Thermal Properties of Molding Sands AFS Transactions, 1985, vol 93, p 405-414 [29] Kubo K and Pehlke R D (1986) Heat and moisture transfer in sand molds containing water Metall Trans B 17, p 903-911 [30] Kunii D., Smith J.M (1960) Heat Transfer Characteristics of Porous Rocks A.I.Ch.E Journal, 1960, vol 6, №1, p 71-78 [31] Li Zhigang, Per Heiselberg (2005) CFD Simulations for Water Evaporation and Airflow Movement in Swimming Baths Indoor Environmental Engineering, April 2005, 124 p [32] Marek C.T (1963) Transformation zones in green sand Transactions AFS, Vol 71, p 185-192 [33] Marek C.T (1965) Effect of transformation zones on casting problems Transactions AFS, Vol 73, p 134-145 [34] Marek C.T (1963) Loss in mold rigidity in the early stage of solidification is largely due to reduction in green strength of the moisture transport zones Transactions AFS, Vol 73, p 567-570 [35] Marek C.T (1966) Green sand permeability-its significance and control Transactions AFS, Vol 74, p 70-81 [36] Marek C.T (1968) Effect of benzene and xylene fractions from seacoal on Transformation zones in green sand Transactions AFS, Vol 76, p 29-43 [37] Maruokaa Y., Makinob H., Nomuraa H (2003) Squeeze molding simulation using the distinct element method considering green sand properties Journal of Materials Processing Technology, Volume 135, Issues 2–3, 20 April 2003, Pages 172–178 113 [38] Mitra S., Mayur J Sathe (2012) Investigation of Droplet Evaporation in a Bubbling Fluidized Bed Ninth International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries CSIRO, Melbourne, Australia 10-12 December 2012, p.1-6 [39] Neale A., Derome D (2007), Coupled Simulation of Vapor Flow between Air and a Porous Material ASHRAE [40] Ozisik N (1994) Finite difference methods in heat transfer CRC press, Boca Raton, (1994) [41] Pariona M M., Mossi A C (2005) Numerical simulation of heat transfer during the solidification of pure iron in sand and mullite molds J Braz Soc Mech Sci & Eng vol.27 no.4 Rio de Janeiro Oct./Dec 2005, p.1-14 [42] Ramrattan S.N., Guichelaar P.J., Palukunnu A., Tieder R (1996) Study of Foundry Granular Media and Its Attrition.AFS Transactions, 1996, vol 104, p 877—886 [43] Ramrattan S., K Nagarajan, R Bharadwaj (2011) A Study of Erosion in Aeration Green Sand Molds with Various Alloys AFS Transactions 2011, Schaumburg, p 1-9 [44] Rau H G and Marek C.T (1968) Effect of seacoal on properties of Transformation zones Transactions AFS, Vol 76, p 9-19 [45] Roddle R W and Mincher A L (1950) Thermal properties and chilling power of some nonmetallic mold materials Journ Institute of metals, p 43-90 [46] Saikaew Charnnarong , Sermsak Wiengwiset (2012) Optimization of molding sand composition for quality improvement of iron castings Applied Clay Science 6768 (2012), p 26–31 [47] Singaram L (2010), Improving Quality of Sand Casting Using Taguchi Method and Analysis Ỉnternational Journal on Design and Manufacturing Technologies, Vol.4, No 1, January 2010, p.1-4 [48] Shih T S., Siau S S and Hong C H (1996) Movements of vaporization interface and temperature distributions in green sand molds Transactions AFS, vol 104, p 481-489 [49] Shruthi Y C (2014) Productivity Improvement of Casting, Switching to Shell Mould Process from Green Sand Mould Process International Journal of Research in Engineering and Technology, Vol.03, 05-2014, p 594-598 [50] Sun H C and Chao L S (2009) An Investigation into the Effective Heat Transfer Coefficient in the Casting of Aluminum in a Green-Sand Mold Materials Trans Vol.50 No.6 (2009), pp.1396-1493 [51] Tominaga H., Tamaki K (1997) Chemical Reaction and Reactor design Wiley and Maruzen, 1997, 403 p [52] Tsai H L., Chiang K C and Chen T S (1986) Movement of moisture front and alloy solidification in green sand casting Transactions AFS, vol 96, p 191-196 [53] Tutorial Ansys Fluent 12.0, 2009, 912 p [54] Wakao N., Kaguei S (1982) Heat and mass transfer in packed beds Yokohama National university, Japan, 1983, 364 p [55] Woodbury K A and Q Ke (1999) Aboundary inverse heat conduction problem with phase change for moisture-bearing porous medium ASME, p 1-7 [56] Zhang Lei (2011) Multicomponent drop vaporization modeling of petroleum and biofuel mixtures Graduate Theses and Dissertations p.135 [57] Yunhan Zheng, PhD (2008) Vaporization Model for Solid Agent Contaminated Charcoal International ANSYS Conference, 24 p [58] UDF ANSYS FLUENT, 04-2009, 612 p [59] USER'S GUIDE ANSYS FLUENT 12 (2009), 2070 p [60] Victor ẠNJO (2012) Numerical Simulation of Steady State Conduction Heat Transfer during the Solidification of Aluminum Casting in Green Sand Mould 114 Leonardo Electronic Journal of Practices and Technologies ISSN 1583-1078, Issue 20, January-June 2012 p 15-24 TIẾNG NGA [61] Анисович Г.А., Гринкевич Р.Н (1960) Метод определения термофизических свойств формовочных земель Сб Проблемы теплообмена при литье, Мн Издво БПИ, 1960, с 81-87 [62] Анисович Г.А (1979) Затвердевание отливок Наука и техника, 1979, 232 с [63] Бройтман O.A., Голод B.M (2001) Определение теплофизических характеристик формовочных материалов на основе моделирования их дисперсной структуры и переноса тепла кондукцией, конвекцией и лучеиспусканием Сб Литейное производство сегодня и завтра, СПб Изд-во СПбГТУ, 2001, с 148-150 [64] Бройтман O.A., Голод В.М (2005) Структурная модель теплообмена в дисперсных формовочных материалах для автоматизированного прогноза их теплофизических свойств Труды III международной научно- практической конференции «Прогрессивные литейные технологии, МИСиС, 2005, с 271-276 [65] Валисовский И.В (1983) Пригар на отливках Машиностроение, 1983, 192 с [66] Васин Ю.П (1970) Газовой режим литейной формы Челябинск Изд-во ЧПИ, 1970, 54 с [67] Васильев Л.Л., Танаева С.А (1971) Теплофизические свойства пористых материалов Минск, Наука и техника, 1971, 268 с [68] Васильев В.А (1994) Физико-химические основы литейного производства Изд-во МГТУ, 1994, 320 с [69] Вейник А.И (1960) Теория затвердевания отливки.МАШГИЗ, 1960, 435с [70] Вейник А.И (1968) Термодинамика литейной формы МАШГИЗ, c 335 [71] Воронин Ю.Ф (2006) Дефекты литья Причины возникновения светлых газовых раковин Оборудование, Технический альманах, № 2, c 74 -76 [72] Голод B.M., Корнюшкин O.A (2001) Теория литейной формы Механика и теплофизика, СПб Изд-во СПбГТУ, 2001, 108 с [73] Под ред И.С Григорьева, Е.З Мелихова (1991) Физические величины Справочник, Энергоатомиздат, 1991, 1232 с [74] Гуляев Б.Б (1960) Литейные процессы Машгиз, 1960, 416 с [75] Гуляев Б.Б., Корнюшкин O.A., Кузин A.B (1987) Формовочные процессы Машиностроение, 1987, 264 с [76] И.А Дибров (2009) Перспективные направления развития литейного производства России и задачи Российской ассоциации литейщиков Труды 9-го съезда литейщиков России, Уфа, 20-24 апреля 2009 г, с 3-6 г [77] Дорошенко С.П Авдокушин В.П Русин К Мацашек И (1990) Формовочные материалы и смеси Выца шк 1990, 416 с [78] Дульнев Г.Н Заричняк Ю.П (1974) Теплопроводность смесей и композиционных материалов Энергия, 1974, 264 с [79] Дульнев Г.Н., Новиков В.В (1991) Процессы переноса в неоднородных средах Энергоатомиздат, 1991., 248 с [80] Дульнев Г.Н., Кругликов В.К., Сахова Е.В (1981) Математическое моделирование гетерогенных изотропных систем ИФЖ, 1981, т 41, №5, с 859-864 [81] Ле Конг Ха (1970) Распределение влажности в сырой форме при заливке Литейное производство, 1970, №5, c 37-38 115 [82] Литейное производство в мире и некоторых странах СНГ МеталТорг, 15 сентября 2005, Инфрмационный бюллетень МЭРТ РФ [83] Лыков А.В (1954) Явление переноса капиллярно-пористых телах Гостехиздат, 1954, c 289 [84] Лыков А.В (1968) Теория сушки Энергия, 1968, 472 с [85] Лыков А.В (1978) Тепломассообмен Энергия, 1978, 480 с [86] Лясс А.М.(1965) Бытротвердеющие формовочные смеси Машиностроение, 1965, 332 с [87] Матохина Анна Владимировна (2008) Автоматизация диагностики и устранения дефектов газового происхождения в отливках из железоуглеродистых сплавов Диссертация, 133 p [88] Медведев Я.И (1980) Газовые процессы в литейной форме Машиностроение, 200 с [89] Минаев А.А (2006) Современные представления о закономерностях развития технологий литейного производства Литейщик России, 2006, № 8, c 28-35 [90] Минаев А.А (2010) О закономерностях развития современного литейного производства Источник журнал РИТМ, www.ritm-magazine.ru [91] Миснар А (1968) Теплопроводность твердых тел жидкостей газов и их композиций Мир, 1968, 464 с [92] Нерпин С.В Чудновский А.Ф (1967) Физика почвы Наука, 1967,584 с [93] Рыжиков А.А (1962) Технологические основы литейного производства Машгиз, 1962, 528 с [94] Ткаченко С.С, Евсеев В.И (2009) Состояние и перспективы развития литейного производства в станкостроительной отрасли промышленности России // Там же 2009 № 4(61) С 20- 21 [95] Савинов А.С (2011) Расчет податливости сырой песчанно-глинистой формы Вестник МГТУ им Г.И Носова, 2011, №1, c 55-59 [96] Савинов, А.С (2011) Анализ силового взаимодействия литой детали с формой Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2011, том 13 с.623-626 [97] Савинов, А.С (2011) Расчет миграции влаги в сырой песчано-глинистой литейной форме Изд-во Магнитогорск гос техн унт-та, 2011, 98 с [98] Серебро B.C (1991) Основы теории газовых процессов в литейной форме Машиностроение, 1991, 208 с [99] Марочник сталей и сплавов, 2е изд – М «Машиностроение», 2003, Изд «Машиностроение1», 782 с [100] Савинов А.С., Тубольцева А.С (2012) Расчет внедрения цилиндрических элементов затруднения в слой песчано-глинистой литейной формы переменной жесткости Вестник ИрГТУ, №7 (66), 2012, c 44-47 [101] Чудновский А.Ф (1954) Теплообмен в дисперсных средах Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1954, 444 с [102] Чудновский А.Ф (1962) Теплофизические характеристики дисперсных материалов Государственное издательство физико-математической литературы, 1962, 456 с [103] Чудновский А.Ф (1962) Теплофизические характеристики дисперных материалов Горсударственное издатедьство физико-математической литературы, 1962, 456 с [104] Эфрос А.Л (1982) Физика и геометрия беспоряка Наука 1982, 176 с 116 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Trần Xuân Tiến, Nguyễn Hữu Miên, Đào Hồng Bách (2014), Xác định trường ẩm thông số nhiệt lý khuôn cát tươi Tạp chí Khoa học Công nghệ kim loại, Số 53, tháng 04/2014, tr.29-34 Trần Xuân Tiến, Đào Hồng Bách (2015), Mô hình hóa trường nhiệt độ trường ẩm khuôn cát tươi Tạp chí Khoa học Công nghệ kim loại, Số 61, tháng 08/2015, tr.35-41 Trần Xuân Tiến, Đào Hồng Bách, Nguyễn Khải Hoàn (2015), Xác định vùng ngưng tụ khuôn tươi cát-sét phương pháp mô số Tạp chí Khoa học Công nghệ kim loại, Số 62, tháng 10/2015, tr.42-46 117 PHỤ LỤC Phụ lục CODE chƣơng trình mô số toán trƣờng nhiệt độ trƣờng ẩm Visual Studio 12 Phụ luc Một số kết Thực nghiệm Luận án 118