一种模具表面风冷换热系数的计算方法与系统及存储介质技术方案

一种模具表面风冷换热系数的计算方法与系统及存储介质，该方法包括以下步骤：根据模具和冷却风管的结构分布建立3d数模，提取模具分体与风管得到简化后的数模模型；利用有限体积法，建立用于仿真分析的低压铸造风冷模具流

【技术实现步骤摘要】
一种模具表面风冷换热系数的计算方法与系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及智能制造
，特别是涉及一种模具表面风冷换热系数的计算方法与系统及存储介质。

技术介绍

[0002]低压铸造工艺是金属成型的重要方式之一，应用非常广泛，覆盖了很多的金属制造产品。在低压铸造过程中，铸造仿真模拟起到了非常大的作用，在开发前期通过仿真模拟分析产品的成型过程，减少实际生产过程中的试制次数，缩短调试过程的时间，降低生产成本。在低压铸造仿真模型中，模具表面风冷换热系数是一项非常重要的输入参数，决定了仿真分析结果的准确性。但影响换热系数的因素很多，包括冷却空气的物性、冷却空气的速度、模具壁面的形状、风管的布置等，因此风冷换热系数的测量计算非常困难。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种模具表面风冷换热系数的计算方法与系统，其能快速计算确定风冷模具表面的换热系数，为铸造仿真模拟提供更精确的输入。
[0004]根据本专利技术的一方面，提供一种模具表面风冷换热系数的计算方法，其包括以下步骤：S1：根据模具和冷却风管的结构分布建立3d数模，提取模具分体与风管作为研究对象，得到简化后的数模模型；S2：基于简化后的数模模型，利用有限体积法，建立用于模具表面风冷换热系数仿真分析的低压铸造风冷模具流
‑
固
‑
热耦合分析模型；S3：分别计算不同冷却风管的环径、不同出风孔数量、不同冷却风流量下模具表面对应的冷却换热系数，建立冷却换热系数的数据库；S4：利用响应面算法拟合得到模具表面风冷换热系数与冷却风管的环径、出风孔数量和冷却风流量的计算模型；S5：对拟合得到的计算模型进行模型验证，验证模型是否满足精度，如果满足，则输出计算模型，如果不满足，则增加数据库的样本点数量，返回步骤S3继续进行。
[0005]根据本专利技术的另一方面，提供一种模具表面风冷换热系数的计算系统，用于实现根据以上所述的模具表面风冷换热系数的计算方法，其包括如下模块数模简化模块，其抽取模具分体及风管造型为主要几何特征，将其他部分简化为内圆外方的实体，建立包裹整体模具的长方体流场外壁面几何模型；仿真建模及分析模块：基于简化后的数模模型，建立用于模具表面风冷换热系数仿真分析的低压铸造风冷模具流
‑
固
‑
热耦合分析模型；试验设计模块：确定影响模具表面风冷换热系数的变量及其设计空间，在变量的设计空间中选取若干个样本点进行试验设计，将样本点分别带入仿真建模及分析模块进行仿真分析，得到对应的模具表面风冷换热系数；数据分析模块：将试验设计模块得到的样本点数据建立数据库，利用响应面算法对样本点数据进行拟合，得到模具表面风冷换热系数对应冷却风管的环径、出风孔数量和冷却风流量的计算模型；模型精度验证模块：重新选择若干个样本点，分别采用仿真分析方法和计算模型进行分析计算，评估计算模型的精度。
[0006]根据本专利技术的又一方面，提供一种非瞬时性的存储介质，能够由计算机读取，存储
有程序，所述程序通过被计算机执行来实现以上所述的模具表面风冷换热系数的计算方法的步骤。
[0007]根据本专利技术，能实现用于低压铸造的模具表面风冷换热系数的计算，提高仿真模型的输入精度，更准确地预测风冷换热系数。
附图说明
[0008]图1示出根据本专利技术实施例的模具表面风冷换热系数的计算方法的流程图。
[0009]图2（A）为本专利技术实施例的低压铸造模具3d数模示意图；图2（B）为模具分体示意图；图2（C）为风管示意图。
[0010]图3示意性地示出流体入口的设置例。
[0011]图4示意性地示出本专利技术实施例的模具表面风冷换热系数的计算系统。
具体实施方式
[0012]下文描述的和附图示出的示例性实施例旨在教导本专利技术的原理，使本领域技术人员能够在若干不同环境中和对于若干不同应用实施和使用本专利技术。因此，本专利技术的保护范围由所附的权利要求来限定，示例性实施例并不意在、并且不应该被认为是对本专利技术保护的范围的限制性描述。除非另外具体说明，否则在实施例中阐述的部件和组装步骤的顺序以及数值不限制本专利技术的范围。本领域技术人员可以理解，本专利技术中的“步骤A”、“步骤Ｂ”、“步骤Ｃ”、“S1”、“S2”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。例如某步骤二、三可以对调或并行。
[0013]下面结合附图详细描述本专利技术的示例性实施例。
[0014]根据本专利技术实施例的模具表面风冷换热系数的计算方法，如示意图1所示，包括以下步骤：
[0015]A．简化低压铸造模具数模，提取模具分体与冷却风管作为研究对象进行建模；
[0016]B．基于简化后的数模模型，利用有限体积法，建立低压铸造风冷模具的流
‑
固
‑
热耦合分析模型，用于模具表面风冷换热系数的仿真分析；
[0017]C．分别计算不同冷却风管的环径、不同出风孔数量（亦简称风孔数量）、不同冷却风流量（亦简称流量）下模具表面对应的冷却换热系数，建立冷却换热系数的数据库；
[0018]D.利用响应面算法拟合得到模具表面风冷换热系数与冷却风管的环径、出风孔数量和流量的计算模型；
[0019]E．对拟合好的计算模型进行模型验证，验证模型是否满足精度。如果满足，则输出计算模型，如果不满足，则需要增加数据库的样本点数量，回到步骤C继续进行。
[0020]所述的A的具体过程如下：根据现场模具和冷却风管结构分布建立3d数模，提取模具分体与风管，如示意图2所示，模具其他部分简化为内圆外方的实体，内部与模具分体配合；以简化后的模具数模为中心建立一个长方体的流场区域，长方体长度为模具前后各两倍模具长度，宽度为模具两侧各两倍模具宽度，高度为模具向上两倍模具高度。
[0021]所述的B的具体过程如下：将冷却风管的入口设置为流场入口，如图3中圆圈标记的部分所示，流场区域前后左右以及上壁面设置为出口，流体区域下壁面设置为壁面。分别提取模具外表面、冷却风管表面和流场区域外表面形成流体区域，提取模具表面形成固体
区域，流体区域设置材料为空气，流体入口设置风速和温度，风速根据流量设定，温度设定为28℃，固体区域设置材料为铝合金，初始温度设置为500℃，分别将流体区域和固体区域进行网格离散化处理，利用有限体积法，建立低压铸造风冷模具流
‑
固
‑
热耦合分析模型。
[0022]所述的C的具体过程如下：将冷却风管的环径、出风孔的数量、冷却风的流量等这些对模具表面风冷换热系数影响较大的因素设定为变量；根据现场实际确定变量的变化范围，本实施例设定冷却风管的环径R的变化范围为80~240mm，出风孔数量N的变化范围为5~20，冷却风流量Q的变化范围为40m
³
/h~100m
³
/h；将冷却风管的环径R、出风孔数量N和冷却风流量Q这三组变量进行试验设计，本实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模具表面风冷换热系数的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据模具和冷却风管的结构分布建立3d数模，提取模具分体与风管作为研究对象，得到简化后的数模模型；S2：基于简化后的数模模型，利用有限体积法，建立用于模具表面风冷换热系数仿真分析的低压铸造风冷模具流
‑
固
‑
热耦合分析模型；S3：分别计算不同冷却风管的环径、不同出风孔数量、不同冷却风流量下模具表面对应的冷却换热系数，建立冷却换热系数的数据库；S4：利用响应面算法拟合得到模具表面风冷换热系数与冷却风管的环径、出风孔数量和冷却风流量的计算模型；S5：对拟合得到的计算模型进行模型验证，验证模型是否满足精度，如果满足，则输出计算模型，如果不满足，则增加数据库的样本点数量，返回步骤S3继续进行。2.根据权利要求1所述的模具表面风冷换热系数的计算方法，其特征在于，所述步骤S1包括：将3d数模简化成：内部与模具分体配合而其他部分成为内圆外方的实体的模具数模，以简化后的模具数模为中心建立一个长方体的流场区域。3.根据权利要求2所述的模具表面风冷换热系数的计算方法，其特征在于，长方体的长度为模具前后各两倍模具长度，宽度为模具两侧各两倍模具宽度，高度为模具向上两倍模具高度。4.根据权利要求2或3所述的模具表面风冷换热系数的计算方法，其特征在于，所述步骤S2包括：将冷却风管的入口设置为流场入口，流场区域前后左右以及上壁面设置为出口，流体区域下壁面设置为壁面，分别提取模具外表面、冷却风管表面和流场区域外表面形成流体区域，提取模具表面形成固体区域，流体区域设置材料为空气，流体入口的风速根据流量设定、温度设定为28℃，固体区域的材料设置为铝合金、初始温度设置为500℃，分别将流体区域和固体区域进行网格离散化处理，利用有限体积法，建立低压铸造风冷模具流
‑
固
‑
热耦合分析模型。5.根据权利要求4所述的模具表面风冷换热系数的计算方法，其特征在于，所述步骤S3包括：将冷却风管的环径、出风孔的数量、冷却风流量设定为变量；基于这三组变量的预定变化范围进行试验设计，基于低压铸造风冷模具流
‑
固
‑
热耦合分析模型，分别计算试验设计组中各参数组合对应的模具表面风冷换热系数Cv并输出；将试验设计组中所有参数组合对应的模具表面风冷换热系数Cv汇总，建立数据库。6.根据权利要求5所述的模具表面风冷换热系数的计算方法，其特征在于，冷却风管的环径R的预定变化范围为80~240mm，出风孔数量N的预定变化范围为5~20，冷却风流量Q的预定变化范围为40~100m
³
/h。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯树伟，王凯庆，郎玉玲，韦春营，马小英，马文博，罗智群，刘春海，徐世文，周洪海，乔侠，
申请(专利权)人：中国中信有限公司，
类型：发明
国别省市：