8.3.1 焊接熔池的流體特點與基本假設(shè)

第2章中已經(jīng)述及，焊接熔池在多種力的作用下存在著劇烈的流動，這對于焊接過程的傳熱、傳質(zhì)、焊縫凝固行為、焊縫最終幾何形狀及接頭質(zhì)量有著重要的影響。焊接熔池參與導(dǎo)電，具有磁流體特征，在某些基本假設(shè)的前提下，其依然可以在流體力學(xué)范疇內(nèi)求解。為了簡化計算，取如下基本假設(shè)：

1)采用 Boussinesq 近似處理熔池中的浮力。

2)熔池的自由表面為平面。

3)忽略金屬蒸氣的作用。

4)不考慮 MIG 焊熔滴過渡。

5)不考慮電弧對工件的壓力。

另外,還需要通過雷諾數(shù)的計算來判定焊接熔池內(nèi)部的流動是何種流動狀態(tài)，低碳鋼在2000K時流體的特征長度L~0.01m，流動速度0.15m/s，密度0-6900kg/m’，動力黏度系數(shù)0.01kg/(m·s)。由式(8-1)計算得知，低碳鋼焊接熔池的雷諾數(shù)約為1035，通常情況下認(rèn)為內(nèi)流流體由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯睦字Z數(shù)范圍為 2000~3000，因此本節(jié)中的熔池計算采用層流模型。

8.3.2 焊接熔池控制方程

焊接熔池作為一個導(dǎo)電的磁流體，其在三維狀態(tài)下的控制方程如下，質(zhì)量守恒方程：

電流連續(xù)性方程：

式中，p--氣體密度;

u、v、w-x、y、z方向的速度;

μ--黏度系數(shù);

P--氣體壓力;

7--熱力學(xué)溫度;

c--定壓比熱容;

K--熱導(dǎo)率;

S、S、S--動量方程在x、y、z方向的源項;

Su--能量方程的源項，包括所有不能歸入對流項及擴散項中的其他項:

-電勢:J--電流密度矢量;

--電導(dǎo)率;

E--電位差;

B--磁場強度;

為--電流密度的y方向分量;4--真空磁導(dǎo)率，4=4πx10-7

（內(nèi)容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

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