铸造充型过程
前言
2000年11月ICME（铸铁工程学会）的技术委员会筹备一项关于“液体流动及铸造充型过程”的工作方案。本书的开篇草稿在2001年6月刊出，该部分现已重编为第一章。
铸造充型过程：
这项工作方案对任何从事铸造工艺的人都会有帮助，并可作为对未来工程师的培训教材（手册）。该委员会认为：这项工作不仅有助于提高产品的质量及铸件的可靠性，还可作为研究与发展计划项目的鉴定方法。由于工作程序量很大的原因，特将其分成如下部分：
A1：与充型过程相关的设计程序及对铸件质量的影响。
A2：流体力学基本原理
A3：金属（液态）的供给系统
A4：浇注系统的原理和设计
附篇B1：浇注过程的计算机模拟
为了使该手册（终稿）汇集的学科更加广泛，特邀请了许多名委员来注释、审定、校对。
下列篇幅仅仅是A2（流体动力学基本原理）其中的一部分，涉及到：金属液的流动速度、由于重力所产生的速率，反重力，流量系数。本篇的第二部分于2001年10月出版，它涉及到：层流和紊流、雷诺理论、魏伯理论、布鲁克原理、表面紊流、贝努利原理、压力损失和分流。
该工作组织非常愿意接纳其他的委员，如果你感兴趣的话，请与ICME总部的Pam Murrell先生联系。
A2章节，流体力学基本原理的一部分。本章节将使你更深入地理解（铁水的）传送速度和浇注系统设计的流体力学基本原理。
液流的概念涉及到（流体）基本原理、数学公式；如果对流体力学基本原理不能够很好地理解，就不可能设计出有效的浇注系统。一般情况下，如果没有对流体基本规律的理解，就不会获得设计计算的支持。许多铸造工人仍然沿袭老经验的传统设计规律（涉及浇口杯、横浇口、内浇口尺寸），这样，在浇注系统内部就不能够达到安全而有效的流动速度。若想获得高水平、优质的铸件，就必须正确地计算和设计浇注系统。
有了设计正确的浇注系统，则模型的修改及铸件的试验可以减少到最少次数，铁水的填充也会比以前的工艺更加科学，顾客才会更加信任。
许多铸造界的同仁拥有计算机的铸造过程模拟软件，同时，大多数模拟软件可以完美地预测温度条件、凝固过程、充型需求。其实，精确地预测金属液的流动条件常常有一定的局限性。
在B章节中充型过程的计算机模拟程序是经过详细检查过的。即使你具有一个计算机充型过程模拟软件包，那么对流体力学的充分理解，将有助于发现软件的局限性和不足。
金属液流的速度
为了使铸件按照设计方式状态进行填充，我们要考虑在需要的时间里，铸造填充能力的局限性，以及金属液倒入或吸出的实际输送条件，我们的设计工作大部分是围绕反映kg/s即填充速度，而不是某些书本中说的速率。
我们所试验浇注的铸件，具有重量但没有速率，流量是指每秒钟流过的金属重量，即使金属液获得相当大的速率、流过相当长的距离，但它仍然以相同的流量而输送。（见图2）
当金属液流在两个“单元”里具有相同的速率时，通过图2小截面（图1的1/4倍）的流量，仅仅是通过图1截面流量的1/4。
在图2中，金属液流所能达到的速率是它离开浇口杯时的2倍，但他的金属流量是速率相同时的1/4。从浇口杯中流出金属液流将在A3章节（金属供给系统）中详细论述。
在浇注系统中，相同的流速并不意味着相同的流量（如图3、图4）。当充满金属液的两个浇道具有相同的速率时，图4中的流量仅仅是图3中流量的1/4。如果金属的流量与设计的浇注系统很不匹配的时候，这种情况就会发生。当填充一个确定的铸件结构时，图4的情况可能发生；我们将会检验后面的章节(A4:浇注系统的设计和原理)的有效性。以kg/s这样的流速（状态）来检验浇注系统的设计。
流速＝kg/s=ρ(c.s.a)v/1000 其中ρ：密度g/cm3
c.s.a : 横截面cm2
v : 速率cm/s
铁水的流速(kg/s)在检验铁水冲击砂型和砂芯的效果时也发挥着一定作用。最简单的一个液流理论就是：连续流动理论——在一个充满金属的系统里，如果横截面发生变化，则速率也成比例地发生变化。这一点在图5中示意证明。
要记住：只有在浇注系统全充满时才有效，因为在充型过程中不总是充满的。金属流速的实际数值取决于浇道的几何尺寸和浇注条件，而不取决于严密的计算。这一点对获取正确的浇道设计数据是十分重要的。这将表明：金属的实际流量可以检测出来。金属液面下降速度是由于地心引力和压头高度值
我们知道由于地心引力的作用而产生的加速度是9.81m/s2,这就意味着物体下落1秒以后将获得9.81m/s的速度，再经过1秒以后，速度将又增加了9.81m/s,第三秒结束时，又增加了9.81m/s,速度达到了29.43m/s。因此，速度V＝g×t——（2） (g---加速度、t---时间) t=V/g——（3）。
在t这个时间里，金属液面下降的高度等于平均速度×t，即h=vt/2——（4）
用t=v/g来代替t，得：h=v2/2g——（5）
如果我们想要知道金属液面下降了h时（出口）的极限速度时，可以将（5）式转换为：v=√2gh——（6）。
就一个浇包而言，当开始倾倒时，随着倾斜角度的增加，压头高度在减少，则出口速度也在减小，可是金属液的输送速度取决于浇包倾倒角度的增加速度。我们现在联想一下图7——一个简易的铸造过程。图8和图9是在两种条件下的试验。
如果假定铸件才充满了一半，现在就会有一个与压头h作用相反的反压头h2,其压头的有效结果为：h3=h-h2,这意味着：倾倒操作的程度（影响着）底部出口处的速度即：
v2=√2gh3。当这个铸件浇注到最高点时，其底部出口处的速度为√2gh4。
图10所示的浇注速度就是重力铸造条件下浇注铸铁换热器的实例。
当浇注开始时，由于压头h的作用，浇注系统里能流过7kg/s的铁水，但随着浇注时间的延续，会产生一个反压头h2，这就意味着有效压头只有h3，这时的浇注速度会减小，系统里只有2.5kg/s的流量。这里牵涉到的金属供给和浇注系统的设计将在A3、A4章节里讨论。
与重力作用相反的流速
在前面的段落里，我们已经得知：浇注的液流速度可以根据公式（5）来求得，即：v=√2gh，可是所发生的情况有时与其相反。在图11中我们可以发现：由于液体压头的作用，会产生一个泉流。在B处势能wh可以转化为动能wv2/2g。因此wh=wv2/2g
h=v2/2g——（7）。
在这个泉的顶部（如果忽略管道的流程损失）全部的动能都转化为势能，意味着顶部的速度为零。如果我们想知道出口处金属液的流速，可以使用公式（7）h=v2/2g,当金属从孔口里流出时，就可以知道任何泉流能够达到的高度。金属液离开出口的实际速度小于√2gh，这是由于存在着某些损失——这一点在后面论述。
如果考虑到这些损失，就可以得到涌出的速度精确值，因此我们就可以自信地确定出这个流速使泉流液柱达到多么高的最终高度值。从出口流出并与重力方向相反的液
