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浸入式水口对铝合金凝固过程影响的数值模拟与实验研究的任务书
任务书
一、研究背景
铝合金是具有强度高、耐腐蚀、导热性好、可塑性强等优点的材料，广泛应用于航空、建筑、汽车、电子等领域。然而，在铝合金生产过程中，由于高温下的流动与凝固复杂，容易产生缺陷和不良。其中，气孔和水口冷却速度不均匀是常见的质量问题。
因此，研究影响铝合金凝固过程的因素，尤其是浸入式水口在凝固过程中的作用，具有实际意义和重要性。本研究旨在通过数值模拟和实验研究，探究浸入式水口对铝合金凝固过程的影响及其机理，并提出相应的改进措施，提高铝合金生产的质量和效率。
二、研究内容
1.基于先前研究成果和工艺参数，建立凝固过程的数学模型，包括搅拌、浇注、凝固和冷却等阶段。
2.研究浸入式水口对铝合金凝固过程的影响，主要包括水口位置、尺寸、形状、倾斜角度等参数的影响，探究水口的冷却作用和对铝液流动的干扰作用。
3.对数值模拟和实验结果进行比较和分析，验证模型的准确性和可靠性，探究浸入式水口对铝合金凝固缺陷和质量的影响机理。
4.提出相应的改进措施，包括优化水口的设计和安装方式，改善铝液流动和凝固，减少缺陷和不良，提高生产效率和产品质量。
三、研究方法
1.数值模拟方法：使用ANSYSFluent软件建立铝合金凝固模型，并设置浸入式水口的参数、物理模型和边界条件；利用计算流体力学（CFD）方法模拟铝液流动、温度场和凝固过程，并分析浸入式水口的作用；对数值模拟结果进行后处理和分析，分析铝合金凝固过程的机理和缺陷形成的原因。
2.实验方法：采用真空气压铸造设备进行实验。研究铝合金在浸入式水口条件下的凝固过程，观察铝液表面的凝固状况，记录凝固时间和表面质量情况；同时测量铝液温度分布和水口附近的冷却效果；对实验结果进行统计分析，与数值模拟结果进行比较和验证。
四、研究计划
1.前期准备阶段（1个月）：深入了解铝合金凝固过程和浸入式水口的作用机理，搜集文献资料，制定研究计划和方法。
2.模拟建模阶段（3个月）：建立数学模型，设置浸入式水口参数、物理模型和边界条件，利用ANSYSFluent软件进行数值模拟，分析铝液流动和凝固过程。
3.实验研究阶段（3个月）：设计实验方案、完成铝合金铸造实验，实时观察记录铝液的凝固过程，测量铝液温度分布和水口附近的冷却效果。
4.数据分析及结果总结阶段（2个月）：根据数值模拟和实验结果，对浸入式水口对铝合金凝固过程的影响及机理进行分析和总结，并提出改进措施。
五、预期成果
1.建立铝合金凝固的数学模型，探究浸入式水口对铝合金凝固过程的影响及其机理。
2.确定浸入式水口的优化设计参数，提出改进措施，减少铝合金凝固缺陷和不良。
3.发表相关研究论文，为铝合金生产的质量和效率提供理论和实践参考。
六、参考文献
1.李景文,等.浸入式水口对铝合金凝固过程的影响[J].航空材料学报,2005,25(1):42-46.
2.罗林,等.数值模拟理论在铝合金凝固控制中的应用[J].北京航空航天大学学报,2007,33(12):1429-1433.
3.刘伯胜,等.浸入式水口对ADC12合金凝固组织的影响[J].材料工程,2017,45(11):43-49.