Материал: Теория литейных процессов.

небольшими отверстиями. По аналогии с соответствующими устройствами в гидравлических системах можно принимать £с * 5,0.

где L - длина канала; D - диаметр канала; Я - коэффициент потерь на трение. Данный коэффициент зависит от режима течения, определяемого

критерием Рейнольдса и шероховатостью поверхности стенок. Шероховатость оценивается соотношением средней величины выступа на поверхности канала А к его радиусу R (А/К). При заливке металла в песчаную форму выступы на поверхности стенки представляют собой зерна формовочной смеси.

На основании закона гидравлики - изучения движения жидкостей по трубам с нормированной шероховатостью - можно построить график, связывающий все эти величины (рис. 6.15). Левая часть графика соответствует ламинарному режиму. В ней действует определенная зависимость:

(6.17)

R e ’ ^тр R e D '

В этой области шероховатость стенок не оказывает влияние на течение.

Р ис. 6. 15. Зависи м ость потерь на т р ен и е Я от

критерия Р ей н ол ьдса R e и ш ер оховатости

стен ок канала A/ R

Величинам критерия Рейнольдса и шероховатостям, которые наблюдаются в подавляющем большинстве случаев заполнения литейных форм, соответствует заштрихованная часть рисунка. В этой области коэффициент сопротивления на трение не зависит от критерия Рейнольдса, т. е. от вязкости и природы жидкого металла. В среднем можно считать, что коэффициент потерь на трение постоянен и равен Я=D,04.

Следовательно, потери на трение при заполнении формы расплавом можно оценить по формуле

6.6, Физика течения и структура потоков жидких металлов

Расплавы представляют собой жидкости, которые подчиняются общим физическим законам гидравлики. Расплав, находящийся в форме, оказывает на ее стенки давление, Па:

одинакова (рис. 6.16, а). Поскольку потоки жидкости встречаются на оси, траектории их движения искривляются, и сечение струи по выходе из отверстия сжимается. На некотором расстоянии от отверстия траектории выпрямляются, и струя приобретает практически цилиндрическую форму.

Рис. 6 .1 6 . С хем ы св обод н ы х струй: а - сп ок ой н ое и стеч ен и е и з отверстия в дн е; б - в озм ущ ен н ое и стеч ен и е в в и де факела;

в - и стеч ен и е ч ерез стаканчик; г - и стеч ен и е чер ез носик

Расход металла при истечении, т. е. объем Q, вытекающий из отверстия расплава в единицу времени, получается умножением скорости струи на фактическую площадь ее сечения:

где/ - площадь отверстия стаканчика ковша; р - коэффициент расхода, равный произведению коэффициента скорости q>на коэффициент сжатия сечения струи

а:

При затрудненном подходе и искажениях профиля отверстия струя может разрушаться сразу же по выходе из него, превращаясь в факел, состоящий из отдельных потоков и капель (рис. 6.16, б).

При истечении через стаканчик большей длины, по сравнению с диаметром в начальном участке, струя отрывается от его стенок и образует вихревую зону. Скругление места входа в стаканчик уменьшает вихреобразование. На некотором расстоянии от вихревой зоны струя расширяется и течет потоком, заполняющим все сечение стаканчика (рис. 6.16, в).

При истечении через носик (рис. 6.16, г) роль гидростатического напора Н играет расстояние от нижней точки носика до поверхности зеркала жидкого металла в ковше. Расход металла из поворотного ковша зависит от углубления канала в носике, скорости поворота и площади поверхности (зеркала) металла в ковше.

Струя металла, срывающаяся с носика, описывает в воздухе параболическую траекторию

На струю металла, движущуюся по каналу в форме, его стенки оказывают тормозящее влияние. По структуре потоки делятся на ламинарные и турбулентные.

В ламинарном потоке струи имеют характер правильных траекторий, а распределение скоростей описывается параболой (рис. 6.17, а).

Рис. 6.17. Схемы распределения скоростей при различных режимах течения

жидкости по каналу: а - ламинарном ; б - турбулентном; в - структурном

В потоке, текущем через цилиндрический канал радиусом R, скорость потока V определяется так:

где р - сила, действующая на поток; L - длина потока; v - кинематическая вязкость жидкости; г - текущая координата.

Расход жидкости в цилиндрическом канале

~SvL

ав плоском канале, имеющем толщину 2R, расход

форме непрерывно возникающих и разрушающихся вихрей. Характер распределения скоростей по сечению турбулентного потока описывается параболой шестой или седьмой степени (рис. 6.17, б). В узком слое около стенки поток жидкости движется по ламинарному режиму. Понятие скорости в турбулентном потоке имеет статистический характер.

В каналах с гладкими стенками на достаточно длинных прямых участках Re = 2300. Выше этой величины существует турбулентный поток. При наличии в потоке источников возмущений в виде поворотов или шероховатостей стенок канала турбулентность наступает при меньших значениях Re. Если его величина меньше 1000, то, как правило, поток будет ламинарным даже при больших возмущениях.

При течении жидкостей, в частности металлических расплавов, содержащих ощутимое количество кристаллов, возникает своеобразный структурный режим течения (рис. 6.17, в). Средняя часть потока - ядро - движется как единое целое. Окружающий его кольцевой слой может двигаться по ламинарному режиму.

При истечении металла из литника в уже частично заполненную полость формы большого объема возникает затопленная турбулентная струя в виде факела (рис. 6.18, а).

Рис. 6.18. Схемы затопленных турбулентных струй: а - в неограниченном пространстве; б - в ограниченном полостью затопленном пространстве; в - при падении

сверху в ограниченном пространстве