Luận án tiến sĩ trường nhiệt độ và trường ẩm trong khuôn tươi (TT)

GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Tính cấp thiết luận án Công nghệ đúc trong khuôn tươi cát-sét công nghệ tạo phôi ngành đúc nhờ ưu điểm hệ hỗn hợp làm khuôn tính kinh tế nó, nhiên vấn đề cần giải để nâng cao chất lượng vật đúc hiệu suất cần phải khống chế ảnh hưởng độ ẩm khuôn đặc biệt hình thành vùng ngưng tụ đúc, tồn vùng ảnh hưởng đến độ bền khuôn, ảnh hưởng đến trình hình thành bọng cát, làm biến dạng khuôn, nguyên nhân gây khuyết tật cho vật đúc Việc nâng cao chất lượng đúc hệ khuôn tươi, đặc biệt Việt Nam, nhằm tăng tỷ lệ đúc khuôn tươi việc nắm bắt trình nhiệt ẩm khuôn có vai trò quan trọng giúp ta lựa chọn hỗn hợp có thành phần tối ưu, đồng thời làm hạn chế khuyết tật liên quan đến độ ẩm khuôn Mục tiêu nhiệm vụ luận án Mục tiêu luận án thiết lập mô hình toán mô trường nhiệt độ trường ẩm khuôn đúc hệ khuôn tươi cát-sét giải chúng Để thực mục tiêu nhiệm vụ chủ yếu luận án cần giải vấn đề sau: - Nghiên cứu tổng quan phương pháp mô hình hóa cấu trúc khuôn tươi cátsét Mô hình hóa cấu trúc hệ khuôn tươi cát-sét xác định thông số nhiệt lý khuôn; - Nghiên cứu sở lý thuyết trình nhiệt ẩm khuôn tươi cát-sét; - Nghiên cứu thiết lập mô hình toán cho toán trường nhiệt trường ẩm có xét đến yếu tố ảnh hưởng đối lưu, dẫn nhiệt, áp suất khí, ẩn nhiệt hóa nước - Nghiên cứu giải toán ẩm có tính đến chế độ khí trình đúc; - Đánh giá kết với thực nghiệm Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm để xác định đặc trưng trường nhiệt trường ẩm khuôn Thiết lập mô hình toán cho toán trường nhiệt độ trường ẩm, sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn [40] để giải toán vi phân tuyến tính không ổn định đặc trưng trường nhiệt độ trường ẩm Những điểm luận án : Đã tích hợp mô hình truyền nhiệt ẩm khuôn tươi có xét đến trường áp suất xây dựng thuật giải Đã xây dựng mặt hơi, mặt ngưng tụ trình dịch chuyển Đặc biệt rõ mối liên quan hàm lượng ẩm với trường ẩm khuôn Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Về mặt lý luận đề tài bổ sung phần lý luận trình hóa-lý xảy khuôn tươi, vào phân tích lý giải ứng xử ẩm khuôn sau rót kim loại lỏng Đã đưa phương pháp mô hình hóa cấu trúc cho hệ khuôn cát phương pháp xác định thông số nhiệt lý cho khuôn Thiết lập mô hình toán cho toán trường nhiệt độ trường ẩm khuôn có xét đến ảnh hưởng trường áp suất khuôn Thông qua nghiên cứu trường nhiệt độ trường ẩmtrong khuôn có xét đến trường ápsuất, bước đầu giải thích cách định lượng tượng xảy khuôn tươi Về ý nghĩa thực tiễn, kết đề tài sử dụng việc phân tích, lựa chọn hỗn hợp làm khuôn có thành phần tối ưu phù hợp với dạng sản phẩm Việc giải đồng thời toán trường nhiệt độ trường ẩm cho phép ta xác định vị trí vùng ngưng tụ thời điểm, ảnh hưởng chúng tới ứng xử khuôn Từ đó, nâng cao khả dự báo, hạn chế ảnh hưởng độ ẩm đến chất lượng vật đúc công nghệ đúc hệ khuôn tươi Công trình công bố Luận án công bố kết luận án 03 báo khoa học, có phản biện độc lập Cấu trúc khối lượng luận án Luận án gồm Mở đầu, Chương, KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 02 Phụ lục NỘI DUNG LUẬN ÁN Mở đầu trình bày ngắn gọn tính cấp thiết vấn đề luận án cần giải quyết,, từ lựa chọn đối tượng phạm vi nghiên cứu mà luận án cần tập trung giải Chương Tổng quan trình bày tổng quan tình hình xu hướng phát triển ngành đúc giới nước Chỉ rõ vai trò, vị trí hệ khuôn tươi cát-sét ngành đúc nói chung, nêu vấn đề cần giải hệ khuôn thời gian tới Trong vấn đề trường nhiệt độ trường ẩm hướng cần hoàn thiện giới nước (hình 1.5) Hình 1.5 Các vùng đặc trưng khuôn cát tươi Vùng cát khô, nhiệt độ 373 K (100 0C) ; Vùng vận chuyển nước, nhiệt độ vùng khoảng 373 K độ ẩm vùng đạt giá trị lớn ; Vùng ngưng tụ, nơi mà nước bị ngưng tụ lại gặp nhiệt độ thấp phần khuôn nước truyền nhanh nhiệt độ khuôn Vùng gọi vùng ẩm ượng nước tăng lên làm giảm mạnh độ bền khuôn tươi, nguyên nhân việc phá hủy học vùng Vùng phần khuôn, nơi nhiệt độ lượng ẩm giữ nguyên không thay đổi Trình bày tổng quan nghiên cứu giới nước trường nhiệt độ trường ẩm khuôn Kết luận phần tổng quan chưa có công trình vào mô hình hóa trường nhiệt độ trường ẩm khuôn cách đầy đủ, đồng thời, công trình vào mô hình trường nhiệt độ thông qua vùng cát khô sử dụng thực nghiệm nghiên cứu đến trường ẩm Chương Cơ sở lý thuyết Nghiên cứu tổng quan phương pháp mô hình hóa cấu trúc cho khuôn đúc, phân tích rõ ưu, nhược điểm khả ứng dụng mô hình với trình đúc khác Trong mô hình đa cấu trúc hệ hạt lựa chọn để mô hình hóa cho hệ khuôn cát-sét, khuôn biểu diễn dạng tổ hợp – hạt (cát SiO2 có đường kính d bao vỏ chất kết kính (sét bentonite) có chiều dày 0 (hình 2.16): Hình 2.16 Mô hình cấu trúc khuôn cát-sét (a) thành phần (b) Với mô hình khoảng trống hạt cát điền đầy không khí, ta coi cát sét phần tử, không khí khuôn hỗn hợp không khí khô nước, độ xốp tính sau: (2.17) Để mô tả cấu trúc quy luật phân bố nhiệt vật liệu làm khuôn dạng hạt có chất kết dính sử dụng giải pháp G.N.Dulnhev cho việc phân chia phần tử liên kết cấu trúc hỗn độn vật liệu dạng hạt việc hoàn thiện mô hình cấu trúc ô sở, hạt (hạt có đường kính rc có lớp vỏ chất dính có chiều dày từ max đến  (hình 2.13, a) chứa đầy không khí lỗ trống Hình 2.18 Mô hình cấu trúc ô sở vật liệu làm khuôn qua dầm chặt: a – cấu trúc ô sở; b – sơ đồ liên kết trở nhiệt Dựa vào sơ đồ liên kết trở nhiệt (hình 2.18, b) ta có: ( )( ) (2.42) Nhiệt dung riêng cát-sét tính sau: ( ) (2.43) cs cc – tương ứng nhiệt dung riêng chất kết dính (sét) chất (cát) Các trình hóa-lý cần nghiên cứu khuôn tươi cát-sét gồm : 1) trình thấm khí khuôn; trình bay hơi, ngưng tụ nước khuôn; trình khuếch tán khí Qua nghiên cứu trình này, xác định phương trình toán học đặc trưng cần thiết cho nhiệm vụ mô hình toán học trường nhiệt độ trường ẩm khuôn Ngoài chương 2, vào nghiên cứu khả mô hình hóa toán trường nhiệt độ trường ẩm phần mềm ANSYS F UENT ANSYS F UENT có khả mô tả tốt cho trình đúc khuôn tươi cát-sét có model đa pha, nhiên phần mềm chưa có mô hình tính bay nước khuôn Chương nghiên cứu phương pháp giải toán trường nhiệt độ, sở để giải mô hình toán sau Chương Phương pháp nghiên cứu Trên sở phân tích đánh giá mô hình toán cho toán nhiệt ẩm giới, phù hợp với tình hình điều kiện nước, đối tượng nghiên cứu đề tài xác định hệ khuôn tươi cát-sét, mục tiêu đề tài đặt là: - Nghiên cứu cách tổng quát sở lý thuyết trình nhiệt ẩm khuôn; - Nghiên cứu đưa mô hình toán đầy đủ cho toán trường nhiệt trường ẩm có xét đến yếu tố ảnh hưởng đối lưu, dẫn nhiệt, áp suất khí, ẩn nhiệt hóa trình nung nóng khuôn Để thực hai mục tiêu phương pháp nghiên cứu luận án lựa chọn nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, thiết lập mô hình mô số cho toán trường nhiệt độ trường ẩm khuôn Thực nghiệm: Nghiên cứu trường nhiệt độ khuôn tươi cát-sét cách đo nhiệt độ khuôn với mẫu phẳng, xét toán truyền nhiệt chiều Kết thí nghiệm cho ta xác định thay đổi nhiệt độ khuôn, xác định cách tương đối vị trí vùng đặc trưng, Từ kết xử lý số liệu thí nghiệm xây dựng phương trình hồi qui đặc trưng cho mặt hóa ngưng tụ Xác định thông số nhiệt lý khuôn kết thực nghiệm đo trường nhiệt độ Thiết lập mô hình toán, mô số Nghiên cứu phương pháp mô hình hóa cấu trúc, sở thiết lập mô hình toán cho toán trường nhiệt độ trường ẩm khuôn Tiến hành mô số đối chiếu thực nghiệm Thiết lập mô hình toán Trên sở nghiên cứu kết hợp trình truyền nhiệt trình thấm khí khuôn có xét đến trình bay ngưng tụ nước, luận án thiết lập mô hình toán đặc trưng cho toán trường nhiệt độ, trường áp suất, độ ẩm khuôn sau: Phương trình cân lượng khuôn cát sét đơn vị thời gian viết sau: ( ) ( ) ( ) (( ) ) ( ( ) ) (3.9) Phương trình cân lượng dòng khí khuôn: ( ) ( ) ( ) ( ) (3.10) Hệ phương trình áp suất khuôn: *( )( ) ( )( ) ( )( ) ( ( ) *( )( ) ( ) )( ) ( ( )+ (3.23) )( ) ( )+ (3.24) Độ ẩm vi phân thể tích tính theo phương trình sau: ( ) ( ) ( ) (3.25) Áp dụng giải cho mô hình chiều, với cách chia lưới khuôn hình 3.7 Hình 3.7 Sơ đồ chia lưới khuôn (mô hình chiều theo chiều Oy) Sử dụng phương pháp sai phân mạng ẩn để giải hệ phương trình nhiệt độ áp suất, lưới sai phân chia hình 3.8 Hình 3.8 Mô hình chia lưới theo phương pháp sai phân mạng ẩn Thông số nhiệt lý số dùng mô số: Dcs=0,2 mm; cs=2650 kg/m3; =0,43; W0 = 2% - 8%; Ccs = 950 J/(kgK); cs = 0,482 W/(mK); T0 = Tcs0 = 300 K; Tvđ = 933 K;  = 2.19*10 – Pa.s; g = 0.0317 W/(mK); Lw = 3,14*103 – 2,34Tcs kJ/kg; w = Pw/(RwTg) kg/m3; a = Pa/(RaTg) kg/m3; g = w + a; Cgg = Cww + Caa; Ca = 1005 J/(kgK); Cw = 1846 J/(kgK); chiều dày khuôn L = 100 mm; ( ) , D0 = 2,65.10 – m2/s; g = 9,81 (m2/s); P0 = 101325 (Pa); hngoai = 20,5 (W/(m2K)) Bước sai phân không gian y = /100 = 0,001 m; bước sai phân thời gian  = 0,005 s Bài toán xét giai đoạn điền đầy khuôn, không tính đến ảnh hưởng thời gian rót khuôn (nghiên cứu giai đoạn sau) Giả thiết khuôn vật đúc tiếp xúc hoàn toàn mặt phân cách vật đúc-khuôn nhiệt độ vật đúc nhiệt độ bề mặt tiếp xúc khuôn Điều kiện biên cát-sét: (  ) (  ) ( đ ( ) ) Điều kiện biên khí: Điều kiện biên áp suất: Hình 3.9 Sơ đồ giải thuật chương trình mô số Chương Kết bàn luận trình bày kết thí nghiệm trường nhiệt độ khuôn tươi (hình 4.2), từ kết thí nghiệm xây dựng phương trình hồi qui đặc trưng cho mặt hóa ngưng tụ, đồng thời xây dựng phương pháp tính thông số nhiệt lý đặc trưng cho khuôn tươi cát-sét Hình 4.2 Sự phân bố nhiệt độ khuôn cát-sét (W0 = 4%, sét = 4%, Trót = 923 K):1 – khoảng cách mm so với mặt phân cách vật đúc – khuôn; – 13 mm; – 19 mm; – 25 mm Hình 4.6 Vị trí vùng hóa ngưng tụ với độ ẩm w khác (4;4,7; 6%) lượng sét v=8% Từ giá trị xác định bảng 4.1 xây dựng quan hệ hàm vị trí mặt hóa ngưng tụ theo biến: t: Thời gian [s] (0- 700) w: Độ ẩm [%] (4-8%) v: ượng sét [%] (4-10%) x1: Vị trí mặt hóa [mm] 0- 25mm) x2: Vị trí mặt ngưng tụ Bảng 4.1 Kết thí nghiệm xác định vị trí mặt ngưng tụ mặt hóa W0 = 4%, W0 = 4%, W0 = 6%, W0 = 6%, W0 = 8%, Vị trí NaB=8% NaB=4% NaB=4% NaB=8% NaB=10% khoảng t1, s t2, s t1, s t2, s t1, s t2, s t1, s t2, s t1, s t2, s cách x, ngưng (hóa ngưng (hóa ngưng (hóa ngưng (hóa ngưng (hóa mm tụ tụ tụ tụ tụ 0 0 0 0 0 50 50 65 60 70 13 10 150 27 160 40 180 33 190 60 220 19 65 300 87 320 110 380 100 360 130 400 23 140 460 180 550 220 640 200 600 260 800 25 250 790 280 560 330 570 305 540 380 1000 Kết xử lý số liệu thực nghiệm bảng 4.1 xây dựng phương trình hồi qui đặc trưng cho mặt hóa ngưng tụ: √ (4.2) √ (4.3) Sử dụng phương pháp giải toán ngược từ kết thực nghiệm dùng hàm sai xác định giá trị hệ số khuếch tán nhiệt độ độ dẫn nhiệt độ khuôn sau: Bảng 4.4 Giá trị hệ số khuếch tán nhiệt độ ak độ dẫn nhiệt v, % ak.10 – , m2/s w, % k, W/(m.K) 4 270 0,307 290 0,328 4.7 300 0,348 320 0,373 10 7.5 350 0,406 khuôn Kết xử lý số liệu cho bảng 4.4 ta quan hệ hệ số khuếch tán hệ số dẫn nhiệt hàm độ ẩm lượng sét sau: (4.11) (4.12) Chương trình mô viết phần mềm Visual Studio 12, cho kết sau: Hình 4.13 Đường cong nhiệt vị trí khác khuôn so với bề mặt phân cách vật đúc-khuôn (W0=2%, Trót=933 0K) Qua phân tích kết mô số thực nghiệm thấy nhiệt độ khuôn lệch khoảng – 8% (hình 4.15) Sự sai lệch nước dễ bay ngưng tụ) gặp bề mặt cặp nhiệt nhiệt vị trí cặp nhiệt đo thường có độ trễ định Sai khác nhiệt độ sai số giá trị nhiệt lý dùng cho mô phỏng, sai số phép toán mô số Sai số chấp nhận so với giá trị nhiệt độ cần đo, không ảnh hưởng lớn đến chất trình, không ảnh hưởng đến chế truyền nhiệt khuôn Hình 4.15 So sánh mô thực nghiệm (W0=4%, Trót=933 0K) 10 Để tăng độ xác kết mô ta cần tăng độ xác giá trị thông số nhiệt lý dùng làm thông số cho mô cách xác định giá trị thực nghiệm Tăng độ xác cách chọn phương pháp chia lưới hợp lý, thay đổi bước sai phân không gian thời gian, nhiên với cách ta cần tính toán cho phù hợp với cấu hình máy Các biểu đồ tăng nhiệt phương pháp mô số phù hợp với kết thí nghiệm, tăng nhiệt vị trí khuôn gồm có giai đoạn tăng nhiệt tương tụ biểu đồ đo thực nghiệm Với phương pháp mô số này, ta mô trình nhiệt với giá trị độ ẩm ban đầu cho trước khoảng (2-10%) Mô số cho phép ta khảo sát không trường nhiệt độ, mà cho phép ta khảo sát trường ẩm khuôn, điều mà mô hình trước chưa làm (hình 4.19, hình 4.23) Hình 4.19 Trường nhiệt độ khuôn thời điểm khác (W0 = 2%, Trót = 933 K ) Hình 4.22 Trường ẩm khuôn thời điểm khác (W0 =2%, Trót = 973 K) 11 Trường nhiệt độ trường ẩm có thay đổi tương ứng theo thời gian, dựa vào kết ta biết nhiệt độ, độ ẩm điểm theo thời gian, điều đặc biệt có ý nghĩa trình nghiên cứu ảnh hưởng độ ẩm đến độ bền khuôn trình đúc Ngoài trường nhiệt độ trường ẩm, mô số cho ta thấy trường áp suất khuôn, thay đổi áp suất tương ứng với vùng đặc trưng khuôn (hình 4.41, 4.41 4.47) Hình 4.41 Trường áp suất hỗn hợp khí khuôn P_g, W0 = 2% Hình 4.44 Trường áp suât khuôn W0 = 2% thời điểm  = 250 s 12 Hình 4.47 Sự tăng áp suất khuôn vị trí khác Từ trường áp suất khuôn ta thấy áp suất vùng cát khô vùng gần thay đổi, chênh áp nhỏ, chênh áp thực rõ ràng vùng vận chuyển ẩm, động lực trình di chuyển ẩm khuôn Áp suất riêng phần hỗn hợp khí thay đổi đột biến điểm ứng với tăng áp suất khuôn, thay đổi đột ngột xảy trình ngưng tụ nước Đã xây dựng vị trí mặt hơi, tốc độ mặt theo thời gian hình 4.50 4.51 Trên sở nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ rót đến vị trí tốc độ mặt (hình 4.50  4.53) Hình 4.50 Vị trí mặt hóa với nhiệt độ rót khác (khuôn W0 = 2%) 13 Hình 4.51 Ảnh hưởng nhiệt độ rót đến tốc độ mặt hóa (W0 = 2%) Hình 4.52 Ảnh hưởng nhiệt độ rót đến vị trí mặt hóa (W0 = 4%) Hình 4.53 Ảnh hưởng nhiệt độ rót đến tốc độ mặt hóa (W0 = 4%) 14 Từ kết hình 4.50 4.51 thấy rằng, với nhiệt độ rót thay đổi sai khác vị trí tốc độ mặt hóa không đáng kể Đối với hệ khuôn có độ ẩm 4% cho kết tương tự (hình 4.52 4.53) Tương tự mặt hóa hơi, nhiệt độ rót có ảnh hưởng không đáng kể đến trường nhiệt độ trường ẩm khuôn (hình 4.55, 4.57, 4.59 4.61 ): Hình 4.55 Trường nhiệt độ khuôn thời điểm 250 s sau rót (W0 = 2%) Hình 4.57 Trường nhiệt độ khuôn 250 s sau rót nhiệt độ rót khác (W0 = 4%) Vị trí, độ rộng vùng đặc trưng khuôn gần không thay đổi thay đổi nhiệt độ rót 15 Hình 4.59 Trường ẩm khuôn thời điểm 250 s sau rót (W0 = 2%) Hình 4.61 Ảnh hưởng nhiệt độ rót đến trường ẩm thời điểm 250 s Dễ nhận thấy ảnh hưởng nhiệt độ rót thực thấy xét khoảng thời gian đủ dài, trường hợp với khuôn W0 = 2% thời điểm  = 41 s sau rót (hình 4.50-4.52, 4.54), thời điểm  = 80.5s với khuôn W0 = 4% (hình 4.564.58, 4.59), thấy trường nhiệt độ, trường ẩm, vị trí tốc độ mặt hóa rót nhiệt độ khác biệt Khi xét khoảng thời gian  = 250 s sau rót (hình 4.48, 4.49, 4.51, 4.53 khuôn W0 = 2% hình 4.54, 4.55, 4.57 4.59 hệ khuôn W0 = 4% ) ta thấy ảnh hưởng nhiệt độ rót, nhiên ảnh hưởng rõ ràng với vùng cát khô, với vị trí mặt hóa 16 Ảnh hưởng độ ẩm ban đầu Trong yếu tố ảnh hưởng đến trường nhiệt, trường ẩm khuôn độ ẩm ban đầu có ảnh hưởng mạnh nhất; độ ẩm ban đầu tăng làm tăng độ ẩm vùng vận chuyển ẩm vùng ngưng tụ, giá trị độ ẩm vùng ngưng tụ có vai trò quan trọng trình hình thành khuyết tật vật đúc, ảnh hưởng đến thời gian, vị trí xuất vùng ngưng tụ; thời gian, vị trí vùng đặc trưng khuôn Hình 4.62 Ảnh hưởng độ ẩm ban đầu đến vị trí mặt hóa (Trót = 933 K) Hình 4.63 Ảnh hưởng độ ẩm ban đầu đến tốc độ mặt hóa (Trót = 933 K) Độ ẩm có ảnh hưởng rõ rệt đến vị trí, tốc độ mặt hóa theo thời gian, ảnh hưởng độ ẩm thể thời đầu rót khuôn (hình 4.60 4.61), xuất hiện mặt hóa nói cách khác xuất vùng cát khô) hệ khuôn có độ ẩm thấp nhanh so với hệ khuôn có độ ẩm cao, khác biệt ngày rõ rệt thời gian tăng 17 Đối với tốc độ mặt hóa hơi, rõ ràng hệ khuôn có độ ẩm thấp tốc độ di chuyển nhanh hệ khuôn có độ ẩm cao, nhiên chênh tốc độ nhỏ Hình 4.64 Ảnh hưởng độ ẩm ban đầu đến trường nhiệt độ khuôn (Trót = 933 K) Sự ảnh hưởng độ ẩm đến vị trí tốc độ mặt hóa tác động đến trường ẩm khuôn (hình 4.66) Hình 4.66 Ảnh hưởng độ ẩm ban đầu đến trường ẩm (Trót = 933 K, thời gian 250 s)  Như phương pháp mô số có kết sát với thực tế, cho phép khảo sát giá trị khác khuôn mà thực tế việc tiến hành thực nghiệm không đơn giản trường áp suất khuôn, trường ẩm biến đổi độ ẩm vị trí khác khuôn  Phương pháp mô số cho phép khảo sát dạng khuôn có thành phần khác cách nhanh chóng, điều mà thực nghiệm chiếm khối lượng công việc lớn chi phí tốn để thực 18  Kết mô số trường nhiệt độ trường ẩm khuôn tảng để điều khiển trình đông đặc vật đúc đúc khuôn tươi cátsét 4.3 Ứng dựng kết nghiên cứu trình bày giá trị áp dụng thực tế từ kết luận án Phần lý thuyết bổ sung phần kiến thức trình nhiệt-lý xảy khuôn cát tươi, hình thành, vai trò vùng đặc trưng khuôn tươi cát-sét Kết xây dựng phương trình hồi qui đặc trưng cho mặt hóa ngưng tụ cung cấp phương pháp tính đơn giản, hiệu để xác định vùng khuôn cát khô cho hệ khuôn có thành phần khác nhau, dễ dàng áp dụng sấy khuôn Kết xác định thông số nhiệt lý, cung cấp giá trị nhiệt lý cần thiết dùng mô số trình đúc Kết mô số cho mở hướng nghiên cứu trình hình thành bọng cát khuôn qua nghiên cứu hình thành vùng ngưng tụ khuôn hình 4.67 4.68) Hình 4.67 Sự biến thiên độ ẩm vị trí khác (W0 =2%, Trót = 933 K) Hình 4.68 Sự biến thiên độ ẩm vị trí khác ( W0 =4%, Trót = 933 K) 19 Từ thay đổi độ ẩm vị trí khuôn (hình 4.67 4.68) xác định thời gian, vị trí vùng ngưng tụ xuất hiện, sở nghiên cứu hạn chế hình thành bọng cát khuôn Nghiên cứu yếu tố công nghệ độ ẩm ban đầu có ảnh hưởng mạnh đến trường ẩm khuôn (hình 4.74 , ảnh hưởng mạnh đến trình hình thành vùng ngưng tụ khuôn đúc Hình 4.74 Ảnh hưởng độ ẩm ban đầu đến trường ẩm khuôn (T rót = 933 K, thời gian 250s sau rót) Quá trình đông đặc vật đúc có liên quan trực tiếp tới trường nhiệt độ khuôn hình , biết trường nhiệt độ khuôn cho phép điều khiển trình đông đặc vật đúc, cho phép ta nhận tổ chức mong muốn Hình 4.75 Đường nguội vật đúc khuôn có độ ẩm khác 20 Với phương pháp mô cho phép ta nghiên cứu sâu đặc tính khuôn tươi tác động kim loại lỏng, nghiên cứu hình thành bọng cát, kết sở nghiên cứu độ bền khuôn,;sự biến dạng khuôn trình đúc; sở đánh giá trình lựa chọn hỗn hợp làm khuôn; ý nghĩa đặc biệt quan trọng tiến tới điều khiển trình đông đặc vật đúc KẾT LUẬN Thiết lập mô hình cấu trúc cho hệ khuôn tươi cát-sét, khuôn tươi cát-sét mô hình hóa dạng gồm hạt cát-sét không khí điền đầy lỗ trống khuôn Khi thông số nhiệt lý tính qua nhiệt trở tương đương sau:  Độ dẫn nhiệt độ khuôn: ( )( ) (2.42)  Nhiệt dung riêng cát-sét tính sau: ( ) (2.43) Các chế truyền nhiệt hệ khuôn tươi cát-sét là: chế dẫn nhiệt qua khuôn khí; chế trao đổi nhiệt đối lưu khuôn khí lỗ trống khuôn Quá trình truyền khối gồm có trình bay ngưng tụ nước, trình chuyển khối hỗn hợp khí khuôn tác động chênh áp khuôn Ngoài có trình khuếch tán nước Mô hình toán cho toán truyền nhiệt toán ẩm khuôn song song với toán áp suất khuôn thể qua phương trình sau: ( ) ( ) ( ) [( ) ] ( ( ) ) (3.9) ( ) ( ) ( ) ( *( ) )( ) ( (3.10) )( ) ( ( ( ) *( )( ) ( )( ) ) )( ) ( )+ (3.23) ( )( ) ( )+ (3.24) Độ ẩm vi phân thể tích tính theo phương trình sau: ( ) ( ) ( ) (3.25) 21 Bằng phương pháp xử lý số liệu dựa kết thí nghiệm đo trường nhiệt độ khuôn thiết lập phương trình hồi qui cho vị trí mặt hóa là: √ (4.2) mặt ngưng tụ là: (4.3) √ Từ kết thực nghiệm giải toán ngược, thông số nhiệt lý hệ khuôn tươi cát-sét xác định dựa tỷ phần sét v kg/kg độ ẩm ban đầu w kg/kg sau:  hệ số khuếch tán nhiệt độ: (4.11)  độ dẫn nhiệt độ khuôn: (4.12) Kết sử dụng làm thông số đầu vào cho chương trình mô đúc Viết chương trình mô số trường nhiệt độ trường ẩm cho hệ khuôn tươi 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 C) Sử dụng phương pháp sai phân mạng ẩn để giải toán cho mô chiều có xét đến ảnh hưởng trọng trường Kết chương trình trường nhiệt độ, trường ẩm, trường áp suất, vị trí mặt tốc độ mặt hóa khuôn Bằng phương pháp mô số xây dựng mặt hơi, mặt ẩm trình dịch chuyển Đặc biệt rõ mối liên quan hàm lượng ẩm với trường ẩm khuôn, cho phép ta nghiên cứu sâu trình hình thành vùng ngưng tụ khuôn thời gian vị trí xuất khuôn Kết mô số cho phép ảnh hưởng độ ẩm khuôn đến đường nguội vật đúc với dạng khuôn có thông số đầu vào khác nhau, giúp điều khiển trình đông đặc vật đúc 22