不同铸件的形状、大小和铸造与凝固计量显微镜
金属液在中心浇道和型腔中的流动是铸造过程的关键环节，不仅
因为它是铸造与凝固过程的开始，更在于此环节决定了铸件的较终质
量。合理的浇铸系统设计，可以实现：
(1)避免在中心浇道内吸入气体。
(2)降低金属液的分流、紊流以避免二次氧化。
(3)在浇铸系统内集渣。
(4)在多个横浇道和内浇道情况下实现液流的均匀分配。
(5)降低金属液对铸型壁的冲刷与侵蚀。
(6)流动和填充模式更有利于顺序凝固。
可见，对充型阶段的流动进行深入研究，不仅有助于更好地进行浇
铸系统设计，还为系统的传热过程分析提供了重要依据，以获得较佳的
浇铸温度、填充顺序和温度分布规律。一直以来，研究者对铸造传热过
程的分析十分重视，但对流动过程却往往忽略，并非此过程不重要，而
是过于复杂。流动过程的复杂性主要表现为以下几个方面：
(1)不同铸件的形状、大小和重量是不同的，所采用的浇铸系统也
存在差异，金属液在其中的流动状况也就不同。一般认为，金属液的流
动属于管内流动与明渠流动共存的黏性流，而流股的状态为紊流。对
于流动过程中的管道阻力与压头损失，情况也十分复杂。
(2)金属液流动过程中，其温度的变化与铸型之间的物理、化学作
用很难定性或定量描述。
(3)金属液的流动范围不断扩展且难以界定，需通过计算来确定
其位置、自由表面及速度场和压力场。
正是由于流动过程的复杂性，大部分进行浇铸系统辅助设计的计
算机程序均未考虑流动过程。为深入了解和定量描述金属液的充型过
程，除时间外，铸件不同部位的液流速度，各种强制或自然对流，温度分
布等均应予以考虑。
铸造过程数值模拟是一个多学科交叉的研究领域，主要模
拟对象包括流场、温度场和浓度场。近些年，对于铸件缺陷(缩孔
、缩松、热节、应力)以及微观组织的预测和模拟也得到了一定的
发展。流场和温度场模拟包括求解域的网格划分、自由表面的处理
、速度和压力的求解以及对铸造缺陷形成的影响等几个方面的内容
。
离心力场下金属液的充型过程与重力浇铸相比，又存在较
大的差别，进而导致铸件内部缺陷的产生机理和存在形式都具有其
特殊性。因此，了解离心力作用下金属液的充型过程，对于理解铸
件内部缺陷的形成机理，判断缺陷的易发生位置和总结缺陷形成的
影响因素及制定相应的解决方案，都具有重要的指导意义。
水平放置的管流流动，建立了离心力场下金属液充型过程
的解析模型，计算了充型过程中金属液横截面面积和倾角等关键参
量的变化规律，并对金属液在充型过程中的流态进行了分析；总结
了离心力场下金属液的填充规律。此外，在上述结果基础上，归纳
了填充初速度、型腔人口段长度，型腔尺寸和转台转速等参数对充
型过程的影响。
