镁合金燃气熔化技术的基础研究

论文摘要

镁合金作为现有的最轻的商用金属结构材料,具有比重轻、比强度高、比刚度高,减震吸噪能力强,以及良好的电磁屏蔽能力和铸造性能等一系列独特的优点。因此,镁合金在交通工具、航空航天、3C产品上获得了日益广泛的应用。随着我国汽车工业及信息通讯、航空航天等产业的迅速发展,镁合金压铸越来越受到人们的重视,镁合金热、冷室压铸机作为重要的压铸设备正在越来越多地运用于镁合金件的压铸生产。无论是冷室压铸机,还是热室压铸机都需要镁合金溶化浇注系统与之配套,所以镁合金浇注系统是镁合金压铸能力形成的关键技术和装备。但是我国的镁合金冷室压铸熔化浇注的商业化技术及装备,主要靠采购国外熔炉配套形成镁合金压铸单元,且为单一的电阻加热。高昂的设备采购价格和使用二次能源的高能源成本,与我国拥有丰富的燃气资源的现实格格不入,也不利于我国镁合金产业的长期发展和产品市场竞争力的形成。在此背景下,研究和开发燃气冷室压铸镁合金连续熔化浇注技术和装备,填补国内镁合金溶化浇注技术和装备的空白,对提高我国镁合金压铸业的国际竞争力,推动镁压铸业技术的发展有显著的现实意义。本文在国内外相关技术基础上,从燃气理论入手,较深入地研究了燃烧流体力学、炉子的热平衡理论和气相燃烧数值模拟方法,为镁合金冷室压铸熔化浇注技术及装备的开发奠定理论基础。本文详尽地阐述了燃气镁合金熔炼炉内气相燃烧过程的三维数值模拟和燃气炉的安全运行保障技术的内容。工业试用结果表明,在此基础上开发的燃气镁合金熔化浇注装备能够为压铸机提供纯净度和温度都满足要求的高质量镁液,并且在结构上排除了因漏镁而产生的重大安全事故,具有性价比高、成本低、性能稳定的特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题应用背景及意义
• 1.2 燃气能源的优势及应用
• 1.2.1 燃气能源的优势
• 1.2.2 燃气在民用生活中的应用
• 1.2.3 燃气在锅炉中的应用
• 1.2.4 燃气在工业炉中的应用
• 1.3 燃烧数值模拟国内外研究概况
• 1.4 本文的主要工作
• 2 燃气燃烧的相关理论介绍
• 2.1 燃气的燃烧计算
• 2.1.1 燃气的热值
• 2.1.2 燃烧所需空气量
• 2.1.3 燃烧产物的计算
• 2.2 燃烧反应动力学
• 2.2.1 化学反应速度
• 2.2.2 链反应
• 2.2.3 燃气的着火
• 2.2.4 燃气的电火花点火
• 2.3 燃气燃烧的紊流扩散过程
• 2.3.1 紊流的基本特性
• 2.3.2 紊流扩散过程
• 2.4 燃气燃烧方法
• 2.4.1 扩散式燃烧
• 2.4.2 燃烧过程的强化与完善
• 3 数学模型
• 3.1 湍流流动的数值模拟
• 3.1.1 各湍流模型介绍
• 3.1.2 标准k-ε模型
• 3.1.3 Realizable k-ε模型
• 3.2 湍流燃烧的数值模拟
• 3.2.1 各模型介绍
• 3.2.2 简单化学反应系统
• 3.3 火焰传热的数值模拟
• 3.4 控制方程的离散
• 3.4.1 网格的划分
• 3.4.2 离散格式
• 3.4.3 算法
• 3.4.4 迭代方法及松弛因子
• 3.4.5 边界条件
• 4 电热熔炉该烧天然气炉内燃烧数值模拟
• 4.1 燃气炉及其燃烧器的简要描述
• 4.2 计算区域的选择
• 4.3 网格的划分
• 4.4 边界条件的确定及求解方法
• 4.5 计算结果分析
• 4.5.1 入口流量的影响
• 4.5.2 燃烧器位置的影响
• 4.6 换热器在燃气镁合金熔炼炉的节能应用
• 4.7 本章小结
• 5 燃气镁合金熔炼炉的运行管理及安全技术
• 5.1 燃气镁合金熔炼炉的运行管理
• 5.1.1 运行管理的任务
• 5.1.2 运行管理机构及其职责
• 5.1.3 燃气炉的运行管理
• 5.2 燃气镁合金熔炼炉的安全技术
• 5.2.1 防止中毒的措施
• 5.2.2 爆炸的预防
• 5.3 燃气炉不正常工况分析
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录