激光熔池三维非稳态对流传热过程的数值模拟

曾大文; 谢长生

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激光熔池三维非稳态对流传热过程的数值模拟

曾大文 , 谢长生

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引用本文:

Citation:

激光熔池三维非稳态对流传热过程的数值模拟

1.
华中科技大学材料科学与工程学院, 武汉, 430074

作者简介: 曾大文,男,1967年2月出生.讲师,博士.现从事激光材料加工方面的研究工作..

基金项目:
湖北省自然科学基金;华中科技大学人才基金;科研基金;国家模具重点实验室开放基金资助项目
中图分类号: TN249

Numerical simulation for the process of 3D transient convection and heat transfer in the molten pool

1.
School of Materials Science and Engineering, HUST, Wuhan, 430074
CLC number: TN249

摘要: 建立了带有移动热源的激光熔池流体流动及传热过程三维非稳态数学模型。采用自适应网格技术离散求解动量方程,计算出了不同时刻激光熔池温度分布和速度分布。结果表明,激光熔池对流传热非稳态过程是一个预热过程,随着时间的推移,熔池最高温度不断升高,熔深和熔池半径不断增大。非稳态过程按时间先后次序分为3个阶段:初始阶段(加热熔化阶段)、准稳态阶段和快速升温阶段。准稳态阶段熔池形貌、温度分布和速度分布增加幅度不大,且持续时间比另两个阶段长,说明三维准稳态模型是三维非稳态模型的较好近似。计算结果与已有的实验结果相比大体吻合。
- 激光熔池 /
- 非稳态 /
- 自适应网格 /
- 温度和速度分布
Abstract: A 3D model for fluid flow and heat transfer process has been developed to predict the transient distribution of temperature and velocity of a thick solid irradiated by a moving laser.The governing equations are solved by means of a finite difference on the self adaptive grids.The results show that the unsteady state process of fluid flow and heat transfer in laser molten pool is a preheating process as the highest surface temperature,depth and radius of the molten pool increase with the scanning time.According to the sequence of time,the unsteady state process can be divided into three stages:the initial stage,the quasi state stage and the rapidly rising temperature stage.At quasi state stage,there is a little increase in the dimension and the highest surface temperature of the molten pool,the staying time is much longer than those of the other stages,which show that 3D quasi state is a good approximation to 3D unsteady state model.The calculated results are consistent with those obtained by Wang.
- laser pool /
- unsteady state /
- self adaptive grid /
- distribution of temperature and velocity

[1]	Chan C,Mazumdar J,Chen M M.Metall Trans A,1984,15A(12):2175.
[2]	Basu B,Date A W. Int J Heat Mass Transfer,1990,33(6):1149.
[3]	Zacharia T,Eraslan A H,Aidun D K. Welding Journal,1988,67(3): 53.
[4]	Modest M F.Int J Heat Mass Transfer,1996,39(2):221.
[5]	Patankar S V.Translated by Zhang Zh.Numerical Calculation of Fluid Flow and Heat Transfer.Beijing: Science Press,1980.
[6]	曾大文,谢长生.金属学报,1999,35(6): 604.
[7]	Wang A H,Investigation into Laser Beam Cladding of Aluminum Alloy and Its Behavior in the Transitional Region. PH D Dissertation,HUST,1997:43.

[1]	李文龙 , 戈海龙 , 任远 , 成巍 . 图像处理技术在激光熔池温度检测的应用. 激光技术, 2018, 42(5): 599-604. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.05.004
[2]	曾大文 , 谢长生 . 复合涂层激光熔池温度场及流场的数值模拟. 激光技术, 2000, 24(6): 370-374.
[3]	曾大文 , 王卫宁 , 梁镜明 , 谢长生 , 张存林 , 艾伦 , 戴福隆 . 复合涂层激光熔池凝固过程的数值模拟. 激光技术, 2001, 25(1): 18-22.
[4]	黄国栋 , 王新林 . 激光熔覆层表面皱折成因的研究. 激光技术, 1994, 18(5): 289-292.
[5]	颜惠芝 . 自适应激光谐振腔. 激光技术, 1985, 9(3): 1-7.
[6]	骆红 , 胡伦骥 , 刘建华 , 胡席远 , 梁伟建 . 小孔激光焊接熔池形状的实验和模拟分析. 激光技术, 1997, 21(6): 352-354.
[7]	汤漾平 , 段正澄 , 李小平 , 龚时华 . 自适应元器件在激光加工中的应用. 激光技术, 1999, 23(4): 255-257.
[8]	潘卫军 , 郭云霄 , 巩马理 , 闫平 . 带有温度自适应调节的LD阵列驱动电源的设计. 激光技术, 2006, 30(3): 295-297.
[9]	孙华杰 , 石世宏 , 石拓 , 傅戈雁 , 陈磊 . 基于彩色CCD的激光熔覆熔池温度闭环控制研究. 激光技术, 2018, 42(6): 745-750. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.06.004
[10]	巩马理 , 万作文 , 金锋 . 管状固体激光器的温度分布——非均匀发热模型. 激光技术, 1993, 17(6): 331-334.
[11]	郭云霄 , 巩马理 , 薛海中 , 李晨 , 闫平 , 柳强 , 陈刚 . 激光侧抽运晶体温度分布的非均匀发热模型计算. 激光技术, 2007, 31(3): 238-241.
[12]	阎吉祥 , 周仁忠 , 俞信 . 部分校正自适应光学系统的激光导星阵. 激光技术, 1993, 17(2): 65-68.
[13]	谢兴盛 , 方勇文 , 吴云峰 , 叶玉堂 , 陈昌彬 , 李长成 , 王兵学 . 汽车自适应驰控装置中的红外激光测距. 激光技术, 2004, 28(5): 521-523,530.
[14]	王振 , 韩蒙蒙 , 彭浩 , 唐霞辉 . 射频板条CO2激光器整形光路自适应调节研究. 激光技术, 2015, 39(4): 471-475. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.04.009
[15]	王玉诏 . 一种用于激光雷达信号的自适应分段平滑算法. 激光技术, 2014, 38(5): 599-602. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.05.005
[16]	周盈 , 赵辉 , 陶卫 , 张海波 . 激光三角测量中图像传感器参量自适应控制. 激光技术, 2010, 34(5): 628-631. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.O5.014
[17]	叶嘉雄 , 吴震 . 自适应光学技术. 激光技术, 1984, 8(3): 56-61.
[18]	叶嘉雄 , 吴震 . 自适应光学技术(下). 激光技术, 1984, 8(4): 66-70,65.
[19]	黄威威 , 游德勇 , 高向东 , 张艳喜 , 黄宇辉 . 基于相关分析和神经网络的激光焊接稳态识别. 激光技术, 2022, 46(3): 312-319. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2022.03.004
[20]	翟群 , 吕百达 , 杨成龙 . 二极管泵浦板条激光介质的二维温度和应力分布. 激光技术, 1998, 22(4): 231-235.

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激光熔池三维非稳态对流传热过程的数值模拟

作者简介: 曾大文,男,1967年2月出生.讲师,博士.现从事激光材料加工方面的研究工作.

1. 华中科技大学材料科学与工程学院, 武汉, 430074

收稿日期: 2000-12-21
录用日期: 2001-06-04
网络出版日期: 2002-03-25

基金项目: 湖北省自然科学基金;华中科技大学人才基金;科研基金;国家模具重点实验室开放基金资助项目

关键词:

摘要: 建立了带有移动热源的激光熔池流体流动及传热过程三维非稳态数学模型。采用自适应网格技术离散求解动量方程,计算出了不同时刻激光熔池温度分布和速度分布。结果表明,激光熔池对流传热非稳态过程是一个预热过程,随着时间的推移,熔池最高温度不断升高,熔深和熔池半径不断增大。非稳态过程按时间先后次序分为3个阶段:初始阶段(加热熔化阶段)、准稳态阶段和快速升温阶段。准稳态阶段熔池形貌、温度分布和速度分布增加幅度不大,且持续时间比另两个阶段长,说明三维准稳态模型是三维非稳态模型的较好近似。计算结果与已有的实验结果相比大体吻合。