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原文传递一种金属型差压铸造固液界面换热系数的测定方法及装置

专利名称：	一种金属型差压铸造固液界面换热系数的测定方法及装置
摘要：	本发明公开了一种金属型差压铸造固液界面换热系数的测定方法及装置，所述测定方法是通过在金属固体试样和金属熔融试样内分别放置测温元件，测温元件测得的数据通过温度信号采集单元输送至数据处理单元，由数据处理单元处理得到固液界面换热系数；其中，金属固体试样是沿其纵轴线方向自下而上均匀设有若干测温元件，金属熔融试样是在其底端部位设有测温元件；并且，固液界面换热系数的测定包括不同气压下固液界面换热系数的测定和不同温度下固液界面换热系数的测定。本发明可以测定出不同气体压力、不同温度下的固液界面换热系数，可有效提高金属型差压铸造工艺模拟结果的准确性，为实际金属型差压铸造施工提供指导。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海工程技术大学
发明人：	杨冬野;何博;陆敏;田运灿;李九霄;潘宇飞;兰亮;王飞;高双
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201910225397.7
公开号：	CN109856183A
代理机构：	上海海颂知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	何葆芳;马云
分类号：	G01N25/20(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	201620 上海市松江区龙腾路333号
主权项：	1.一种金属型差压铸造固液界面换热系数的测定方法，其特征在于：是通过在金属固体试样和金属熔融试样内分别放置测温元件，测温元件测得的数据通过温度信号采集单元输送至数据处理单元，由数据处理单元处理得到固液界面换热系数；其中，金属固体试样是沿其纵轴线方向自下而上均匀设有若干测温元件，金属熔融试样是在其底端部位设有测温元件；并且，固液界面换热系数的测定包括不同气压下固液界面换热系数的测定和不同温度下固液界面换热系数的测定；不同气压下固液界面换热系数的测定包括如下操作：在金属熔融试样的底端温度恒定下，调整模拟箱内的气压至不同的恒定值，并通过测温元件和温度信号采集单元获取对应气压下的金属熔融试样和金属固体试样中不同测温点的温度数据，获取的数据传递给数据处理单元，数据处理单元根据计算出不同气压下固液界面换热系数；不同温度下固液界面换热系数的测定包括如下操作：在模拟箱内的气压恒定下，调整金属熔融试样的底端温度至不同的恒定值，并通过测温元件和温度信号采集单元获取对应温度下金属熔融试样和金属固体试样中不同测温点的温度数据，获取的数据传递给数据处理单元，数据处理单元根据计算出不同温度下固液界面换热系数；其中，固液界面换热系数的计算步骤如下： a)根据测温元件和温度信号采集单元获取的金属固体试样中不同测温点的温度数据来计算界面的热流，热流公式为：公式(1)中，Aα为金属固体试样的截面积；λ为金属固体试样的导热系数；ΔL为金属固体试样中相邻两个测温元件之间的距离；ΔT为ΔL上两个测温元件的温差； b)运用外推法获得金属固体试样与金属熔融试样之间的接触界面处的温度；将测温元件和温度信号采集单元获取的金属熔融试样的底端部位的温度与接触界面处的温度进行比较，获得接触界面处的温差；结合接触界面处的温差、界面的热流、金属固体试样的截面积计算出固液界面换热系数，换热系数计算公式为：公式(2)中，Aα为金属固体试样的截面积；ΔTC为接触界面处的温差；Q为通过界面的热流。 2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤b)中运用线性拟合外推法得到接触界面处的温度的计算公式为：t＝b+ax，其中a是金属固体试样的温度梯度，b为拟合曲线与t轴的交点，x为金属固体试样的上表面距金属固体试样中最底端测温元件的距离。 3.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，不同气压下固液界面换热系数的测定的具体操作如下： S1)将金属固体试样和待熔融的金属试样放入模拟箱内，在金属固体试样内沿其纵轴线方向自下而上均匀设有若干测温元件，在金属熔融试样的底端部位也设有测温元件，调整模拟箱内的气压至目标值，对金属固体试样进行冷却； S2)保持模拟箱内的气压不变，对待熔融的金属试样进行加热使待熔融的金属试样变为金属熔融试样，直至金属熔融试样的底端温度恒定为目标温度； S3)当各测温元件测得温度恒定后，记录下测温元件和温度信号采集单元获取的金属固体试样内不同测温点的温度数据和金属熔融试样的底端温度，然后通过数据处理单元即可获得对应温度和气压下的固液界面换热系数； S4)保持金属熔融试样的底端温度不变，重新调整模拟箱内的气压，当模拟箱内气压恒定为下一个目标气压、且各测温元件测得温度稳定时，通过测温元件和温度信号采集单元获取该气压下的金属固体试样内不同测温点的温度数据和金属熔融试样的底端温度，多次重复该过程，即可获得恒定温度、不同气压下的固液界面换热系数。 4.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，不同温度下固液界面换热系数的测定的具体操作如下： st1)将金属固体试样和待熔融的金属试样放入模拟箱内，在金属固体试样内沿其纵轴线方向自下而上均匀设有若干测温元件，在金属熔融试样的底端部位也设有测温元件，调整模拟箱内的气压至目标值，对金属固体试样进行冷却； st2)保持模拟箱内的气压不变，对待熔融的金属试样进行加热使待熔融的金属试样变为金属熔融试样，直至金属熔融试样的底端温度恒定为目标温度； st3)当各测温元件测得温度恒定后，记录下测温元件和温度信号采集单元获取的金属固体试样内不同测温点的温度数据和金属熔融试样的底端温度，然后通过数据处理单元即可获得对应温度和气压下的固液界面换热系数； st4)保持模拟箱内的气压不变，重新调整金属熔融试样的底端温度，当金属熔融试样的底端温度恒定为下一个目标温度、且各测温元件测得温度稳定时，通过测温元件和温度信号采集单元获取该温度下的金属固体试样内不同测温点的温度数据和金属熔融试样的底端温度，多次重复该过程，即可获得恒定气压、不同温度下的固液界面换热系数。 5.一种金属型差压铸造固液界面换热系数的测定装置，其特征在于：包括模拟箱，所述模拟箱包括箱体和设于箱体顶部的箱盖，箱体的侧壁上部设有进气口，进气口连接有气压施加装置，箱体的内部下部设有凝固区，凝固区的底部设有冷却装置，凝固区内装有金属固体试样，金属固体试样内沿其纵轴线方向自下而上均匀设有若干测温元件，凝固区的顶部连通有熔融区，熔融区的四周设有加热装置，熔融区内装有金属熔融试样，金属熔融试样的底端部位也设有测温元件，所有测温元件均连接有温度信号采集单元，温度信号采集单元连接有数据处理单元；熔融区的上方设有气压传感器，气压传感器设于箱体的内壁上部，气压传感器连接有压力信号采集单元，压力信号采集单元与数据处理单元相连。 6.根据权利要求5所述的测定装置，其特征在于：箱体与箱盖之间设有密封环。 7.根据权利要求5所述的测定装置，其特征在于：所述气压施加装置包括进气管、气瓶和气压调节阀，进气管的一端与模拟箱的进气口相连，另一端与气瓶的出气口相连，气压调节阀设于进气管上。 8.根据权利要求5所述的测定装置，其特征在于：所述冷却装置包括冷水箱，冷水箱的一侧下部连通有进水管，另一侧上部连通有出水管，进水管连接有水泵，出水管连接有回收水箱，且回收水箱的高度高于冷水箱的高度。 9.根据权利要求5所述的测定装置，其特征在于：包括绝热装置，所述绝热装置包括设于箱体内壁的绝热套筒和设于箱盖下表面的绝热板，凝固区和熔融区设于绝热套筒内，凝固区设于绝热套筒的内部下部，冷却装置设于绝热套筒的底部。 10.根据权利要求9所述的测定装置，其特征在于：包括上下开口的筒状坩埚，筒状坩埚套设于金属固体试样的顶端、位于熔融区的四周，加热装置设于绝热套筒与筒状坩埚之间。
所属类别：	发明专利