·104 工程科学学报，第40卷，第1期 500 速度ms 0.19 (a) 0.18 0.17 0.16 0.15 0.0979416 0.08 0.05 0.03 0.01 5050L -6 1一壁面：2一主涡流区：3一自由表面：4一射流区：5一下部内涡流 区：6一上部内涡流区 图9t=6s时双浇口流体线速度分布 Fig.9 Fluid line velocity distribution of double gate in six seconds 2.4对大平板单浇口带圆柱扰流的反重力充型问 题的计算分析 2.4.1流体运动的特征 图10(a)为单浇口带圆柱扰流的反重力充型 大平板计算区域，大平板仍采用图3(a)的尺寸. 浇口宽度为100mm,处于大平板底部中间.圆柱 图8双浇口充填的数值计算结果.(a)计算区域（单位：mm): (b)t=3s(c)t=6s:(d)t=9s:(e)t=12s 障碍体穿过平板，半径为30mm,圆心距离平板底 Fig.8 Results of numerical calculation in double gate:(a)calcula- 部120mm.图10(b)、(c)和(d)为大平板带圆柱 tion area (unit:mm);(b)t=3s;(c)t=6s;(d)t=9s;(e)t= 扰流的反重力充型过程的数值计算结果.充型开 12s 始时（如图10(b)),t=3s,与单浇口充型情况类 1区域靠近平板壁面处的流体由于壁面的阻力基本 似，也会形成主涡流区、前涡流区和后涡流区；二 处于静止：2区域主涡流区和单浇口的情况一样，周 者的区别在于，射流区将会从圆柱周围绕过，之后 围线速度小，中间基本接近于零：3区域自由表面斜 在圆柱体上方有交汇趋势，向中间聚集，形成回旋 度越大，线速度越大，形状波动就越大：4区域射流 区域.在图10(c)中，当t=6s时，前涡流区已变得 区，速度最大，且随着高度的增加速度呈现减小趋 很小，圆柱体左上方和右上方的回旋区域演变成 势：5区域的下部内涡流由于处于流体内部，线速度 两个涡流区，且沿着型腔中轴线左右对称，称之为 基本接近于零，两内涡流速度相反，速度互相抵消：6 “障碍涡流”，该涡流区域随着充型过程的延续不 区域的上部内涡流在自由表面附近，是由于两侧流 断扩大.由图10(d)中可见，当t=9s时，流体中 体向中间靠拢形成，在挤压的作用下内侧速度很小， 的主涡流区明显小于无圆柱体的主涡流区，这是 越往外侧，线速度越大.可知双浇口除了壁面处和 因为圆柱体的阻碍作用使得流体运动方向发生改 主涡流区外，在两浇道之间的涡旋区域线速度也接 变，在圆柱体上方产生的障碍涡流区抑制了主涡 近于零，对比单浇口，双浇口的充填方式出现卷气和 流区的扩散. 夹杂的可能性会大大增加. 2.4.2流场区域线速度的分布 双浇口自由表面“高度差”与单浇口变化情况 以图10(c)作为线速度分析对象，图11为依据 一致，充型开始过程中波动较大，最后由于重力作用 图10(c)做出的线速度分布云图.如图11所示，1 高度差波动较小，由于流体在平板内的晃动效果，同 区域靠近平板壁面处的流体由于壁面的阻力基本处 样呈现高度差小于10mm的动态平衡.但是双浇口 于静止：2区域主涡流区线速度处于静止状态：3处 由于内部涡旋区多于单浇口的涡旋区，所以内部卷 的前涡流区中心速度接近于零，外侧处于自由表面 气夹杂的可能要大于单浇口的情况 附近，离中心区域越远速度越大：4区域的自由表面工程科学学报,第 40 卷,第 1 期 图 8 双浇口充填的数值计算结果. ( a) 计算区域(单位:mm); (b) t = 3 s (c) t = 6 s;(d) t = 9 s;(e) t = 12 s Fig. 8 Results of numerical calculation in double gate: (a) calcula鄄 tion area (unit: mm); (b) t = 3 s; (c) t = 6 s; (d) t = 9 s; (e) t = 12 s 1 区域靠近平板壁面处的流体由于壁面的阻力基本 处于静止;2 区域主涡流区和单浇口的情况一样,周 围线速度小,中间基本接近于零;3 区域自由表面斜 度越大,线速度越大,形状波动就越大;4 区域射流 区,速度最大,且随着高度的增加速度呈现减小趋 势;5 区域的下部内涡流由于处于流体内部,线速度 基本接近于零,两内涡流速度相反,速度互相抵消;6 区域的上部内涡流在自由表面附近,是由于两侧流 体向中间靠拢形成,在挤压的作用下内侧速度很小, 越往外侧,线速度越大. 可知双浇口除了壁面处和 主涡流区外,在两浇道之间的涡旋区域线速度也接 近于零,对比单浇口,双浇口的充填方式出现卷气和 夹杂的可能性会大大增加. 双浇口自由表面“高度差冶 与单浇口变化情况 一致,充型开始过程中波动较大,最后由于重力作用 高度差波动较小,由于流体在平板内的晃动效果,同 样呈现高度差小于 10 mm 的动态平衡. 但是双浇口 由于内部涡旋区多于单浇口的涡旋区,所以内部卷 气夹杂的可能要大于单浇口的情况. 1—壁面;2—主涡流区;3—自由表面;4—射流区;5—下部内涡流 区;6—上部内涡流区 图 9 t = 6 s 时双浇口流体线速度分布 Fig. 9 Fluid line velocity distribution of double gate in six seconds 2郾 4 对大平板单浇口带圆柱扰流的反重力充型问 题的计算分析 2郾 4郾 1 流体运动的特征 图 10( a)为单浇口带圆柱扰流的反重力充型 大平板计算区域,大平板仍采用图 3 ( a) 的尺寸. 浇口宽度为 100 mm,处于大平板底部中间. 圆柱 障碍体穿过平板,半径为 30 mm,圆心距离平板底 部 120 mm. 图 10( b) 、( c)和( d) 为大平板带圆柱 扰流的反重力充型过程的数值计算结果. 充型开 始时(如图 10 ( b) ) ,t = 3 s,与单浇口充型情况类 似,也会形成主涡流区、前涡流区和后涡流区;二 者的区别在于,射流区将会从圆柱周围绕过,之后 在圆柱体上方有交汇趋势,向中间聚集,形成回旋 区域. 在图 10( c)中,当 t = 6 s 时,前涡流区已变得 很小,圆柱体左上方和右上方的回旋区域演变成 两个涡流区,且沿着型腔中轴线左右对称,称之为 “障碍涡流冶 ,该涡流区域随着充型过程的延续不 断扩大. 由图 10 ( d) 中可见,当 t = 9 s 时,流体中 的主涡流区明显小于无圆柱体的主涡流区,这是 因为圆柱体的阻碍作用使得流体运动方向发生改 变,在圆柱体上方产生的障碍涡流区抑制了主涡 流区的扩散. 2郾 4郾 2 流场区域线速度的分布 以图 10(c)作为线速度分析对象,图 11 为依据 图 10(c)做出的线速度分布云图. 如图 11 所示,1 区域靠近平板壁面处的流体由于壁面的阻力基本处 于静止;2 区域主涡流区线速度处于静止状态;3 处 的前涡流区中心速度接近于零,外侧处于自由表面 附近,离中心区域越远速度越大;4 区域的自由表面 ·104·