不同鑄件的形狀、大小和鑄造與凝固計量顯微鏡
金屬液在中心澆道和型腔中的流動是鑄造過程的關鍵環節，不僅
因為它是鑄造與凝固過程的開始，更在于此環節決定了鑄件的較終質
量。合理的澆鑄系統設計，可以實現：
(1)避免在中心澆道內吸入氣體。
(2)降低金屬液的分流、紊流以避免二次氧化。
(3)在澆鑄系統內集渣。
(4)在多個橫澆道和內澆道情況下實現液流的均勻分配。
(5)降低金屬液對鑄型壁的沖刷與侵蝕。
(6)流動和填充模式更有利于順序凝固。
可見，對充型階段的流動進行深入研究，不僅有助于更好地進行澆
鑄系統設計，還為系統的傳熱過程分析提供了重要依據，以獲得較佳的
澆鑄溫度、填充順序和溫度分布規律。一直以來，研究者對鑄造傳熱過
程的分析十分重視，但對流動過程卻往往忽略，并非此過程不重要，而
是過于復雜。流動過程的復雜性主要表現為以下幾個方面：
(1)不同鑄件的形狀、大小和重量是不同的，所采用的澆鑄系統也
存在差異，金屬液在其中的流動狀況也就不同。一般認為，金屬液的流
動屬于管內流動與明渠流動共存的黏性流，而流股的狀態為紊流。對
于流動過程中的管道阻力與壓頭損失，情況也十分復雜。
(2)金屬液流動過程中，其溫度的變化與鑄型之間的物理、化學作
用很難定性或定量描述。
(3)金屬液的流動范圍不斷擴展且難以界定，需通過計算來確定
其位置、自由表面及速度場和壓力場。
正是由于流動過程的復雜性，大部分進行澆鑄系統輔助設計的計
算機程序均未考慮流動過程。為深入了解和定量描述金屬液的充型過
程，除時間外，鑄件不同部位的液流速度，各種強制或自然對流，溫度分
布等均應予以考慮。
鑄造過程數值模擬是一個多學科交叉的研究領域，主要模
擬對象包括流場、溫度場和濃度場。近些年，對于鑄件缺陷(縮孔
、縮松、熱節、應力)以及微觀組織的預測和模擬也得到了一定的
發展。流場和溫度場模擬包括求解域的網格劃分、自由表面的處理
、速度和壓力的求解以及對鑄造缺陷形成的影響等幾個方面的內容
。
離心力場下金屬液的充型過程與重力澆鑄相比，又存在較
大的差別，進而導致鑄件內部缺陷的產生機理和存在形式都具有其
特殊性。因此，了解離心力作用下金屬液的充型過程，對于理解鑄
件內部缺陷的形成機理，判斷缺陷的易發生位置和總結缺陷形成的
影響因素及制定相應的解決方案，都具有重要的指導意義。
水平放置的管流流動，建立了離心力場下金屬液充型過程
的解析模型，計算了充型過程中金屬液橫截面面積和傾角等關鍵參
量的變化規律，并對金屬液在充型過程中的流態進行了分析；總結
了離心力場下金屬液的填充規律。此外，在上述結果基礎上，歸納
了填充初速度、型腔人口段長度，型腔尺寸和轉臺轉速等參數對充
型過程的影響。
