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