電子束熔煉法加熱具自由表面高純度鈷之熔池數值分析

Translated title of the thesis: Numerical Analysis on Molten Pool of High Purity Cobalt with Free Surface by Electron Beam Melting
  • 張 嘉元

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本文透過套裝軟體Ansys Fluent建立一個三維暫態Volume of Fluid(VOF)之模型,模擬固定電子束能量直接加熱純鈷金屬之熔煉,金屬材料邊界以水冷銅坩鍋進行散熱,模擬具自由表面純鈷金屬之熔煉過程,考慮受熱後金屬膨脹之問題,討論各項熔池相關參數,如:不同電子束能量、不同電子束半徑與熱散失分析之影響。以模擬結果所示,透過表面浮動現象、熔煉過程之溫度變化、熔池表面平均溫度以及熔池擴散速度等等現象,發現電子束熔煉加熱純鈷金屬會在約30秒後近乎穩態。 固定電子束能量,使用不同的電子束半徑進行熔煉,以較大的電子束半徑能夠使得熔池表面溫度較低,也能有效的降低蒸發熱散失,避免熔池溫度梯度過大之問題,故以電子束半徑較大者進行熔煉過程。固定電子束半徑,使用不同之電子束能量進行熔煉,越大的電子束能量會使水冷銅坩鍋之冷卻效果降低,而增加熱平衡之能量占比,達到過濾金屬雜質之效果,故在適當電子束半徑下,應以較大之電子束能量作為電子束熔煉之使用參數。 電子束能量的增加,會使蒸發熱在平坦表面假設下,較自由表面之模擬結果較大,有多估之情況發生,而溫度場方面,在兩種模擬之結果也是自由表面考慮體積變化之模擬較為低。本研究改善了不考慮體積變化之問題,更能準確預測實際熔煉過程中熔池之行為。
Date of Award2018 Aug 29
Original languageChinese
SupervisorAlex Chang-Da Wen (Supervisor)

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