当高温熔体流经型腔内凝固层分析显微镜
沿程损失
离心力场下金属液的充型过程可视为圆管内的明渠流动。型
腔内表面是比较光滑的，但由于金属型的激冷作用，使高温熔体
在流经型腔表面后产生一定厚度的凝固层，使其表面粗糙度有所
降低。充型过程在离心力作用下，金属液将以非充满、变加速状
态对型腔进行填充，由于充型速度的不断提高，熔体需减小其横
截面面积以满足连续性条件。熔体填充至型腔末端时，首先充满
型腔末端并不断向型腔入口处运动，当反向填充熔体运动至型腔
入口时，型腔被完全充满，完成整个充型过程。对于型腔内的任
意横截面，由于金属型的冷却作用，当高温熔体流经型腔内表面
时，将产生一定厚度的凝固层，且凝固层厚度因型腔位置的不同
而发生变化，此时熔体内部温度的变化与静态条件下是完全不同
的。先进入型腔的熔体在靠近内壁部分发生凝固，而未凝部分在
离心力场的作用下继续向型腔末端运动，使得该横截面内的温度
变化主要集中在凝固层附近，此处具有最大的温度梯度。对于横
截面中心处的未凝熔体，则由于高温熔体的不断流入，而产生与
静态条件相比较小的温度降低，反向填充过程也具有类似的特征
。因此，可以将整个充满过程看作是一个稳态的对流换热过程，
任意横截面内的温度分布在熔体充满型腔之前是不发生变化的。
当型腔完全充满之后，熔体不再具有宏观的流动，与型腔之
间的热交换方式以传导为主，但温度的分布随时间而发生变化。
于是，可以将熔体充满型腔到完全凝固这个过程，看作是一个非
稳态的导热过程。高温熔体充型过程中的沿程损失主要表现为动
量和温度的损失，这对于确定充型和凝固过程中的初始条件，揭
示流场和温度场的变化规律是非常重要的。
