定向井技术的发展过程

2024-06-24

定向井技术的发展过程（精选8篇）

定向井技术的发展过程篇1

摘要：医学定向生是一群关系到中国未来基层医疗卫生事业改革的新群体，是解决广大农村民众看病难问题的关键所在，国家相关部门计划到2020年，通过多种途径培养30万名全科医生，逐步形成一支数量适宜、质量较高、结构合理、适应基本医疗卫生制度需要的基层医疗卫生队伍，因此制定完善的医学定向生培养方案显得尤为重要。

关键词：医学定向生培养基层医疗卫生改革

我国基层医疗卫生人才严重不足、素质低、队伍不稳定等问题已成为基层医疗卫生机构进一步提高医疗水平、提升服务质量的“瓶颈”。为了缓解广大农村“看病难、看病贵”的状况，国家发改委、卫生部、教育部、财政部等于2010年3月联合印发了《以全科医生为重点的基层医疗卫生队伍建设规划》，计划到2020年，通过多种途径培养30万名全科医生，逐步形成一支数量适宜、质量较高、结构合理、适应基本医疗卫生制度需要的基层医疗卫生队伍。基本满足“小病在基层”的人力支撑要求。所以，国家启动的农村订单定向医学生培养工程，是一项具有中国特色的专项人才培养发展战略，它能满足社会主义卫生事业的科学发展，缩小城乡、区域卫生医疗差别的需求，具有重大的发展意义。

而对于经济落后，城乡发展极不平衡的贵州省，基层医疗人才的短缺更为突出。为此，在相关文件精神的指导下，贵州省从2010年开始，连续3年共招收1630名农村订单定向免费医学生，成为获此项目任务数最多的省份。这些学生，是贵州未来基层医疗卫生改革的中坚力量，他们素质的高低和贵州未来基层医疗卫生改革的效果密切相关。因此，作为培养院校，一定要把医学定向生的培养工作当作一项关系到广大民生的重要工程来抓。为广大基层培养一批“下得去”、“留得住”、“用得上”的高层次应用型人才

然而，随着贵州省第一届医学定向生的临近毕业，一些问题凸显出来。比如：一些课程设置缺乏科学性，学生学习兴趣受到阻碍；经过四年多的大学学习和城市生活，有一部分同学有强烈留在大城市医院工作的愿望；有一部分成绩优异的同学特别渴望考研，有进一步深造的愿望；有一部分同学认为工作已落定，学习动力不强，学习上松懈懒惰，出现挂科多，临床操作技能低下等问题。这些都给培养高质量的医学定向生和妥善解决广大农村看病难的难题带来了极大挑战。要解决这些问题需要多方面的努力，但在培养过程中，我们应该做好以下几点

一、加强入学教育，树立服务基层的奉献精神

《中国医学教育改革和发展纲要》中指出：“医学教育具有社会性、实践性和服务性的特点，医学研究与服务的对象是人，在医学教育过程中必须加强文、理、医渗透和多学科交叉融合，把医德与医术的培养结合起来，加强综合素质培养”。医学生直接服务的对象是人类的生命，所以，医学生的职业道德是极为重要的，而医学定向生不但有医学生的共性，还有其特殊性，毕业后要到偏远的农村基层卫生院服务六年，是中国未来农村医疗事业改革的中坚力量，在他们的身上，不但需要医学生对待生命时的崇高医德，还需要有扎根基层，服务好广大基层群众的奉献精神

然而，有不少学生对待自己未来的事业一知半解，对未来充满了迷茫与无奈等情绪。要解决这些问题，入学教育显得至关重要。入学之初，就要对医学定向生进行有针对性的思想政治教育，使学生了解目前农村基层医疗卫生事业的现状及未来的发展前景，明了自身的重要价值、明确自己的重大责任，增强自身的使命感和责任感，从思想上树立为广大民众生命健康服务的观念，从而调动强烈的学习热情。具体可从以下方面入手：第一、爱国主义教育。使之胸怀为祖国和人民服务的爱国主义情怀，树立崇高理想和坚定信念。第二、职业道德教育。使之具有尊重每一个生命的高尚职业操守和奉献基层的高尚道德情操。第三、国情、省情教育。使之详细地了解目前农村基层医疗卫生事业的现状及未来的改革蓝图等，让他们明了自己使命的重要性，未来事业的希望性。第四、法律法规教育。使之了解医学定向生应该遵守的相关法律法规，加强法律法规的约束和监督

二、制定完善的培养方案

《论语?魏灵公》中说：“工欲善其事，必先利其器”，说明准备工作的重要性。《管子?权修》中说“一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；百年之计，莫如树人”，形象地比喻了人才的培养不是一朝一夕的事，需要长时间的积累与沉淀。因此，对于医学定向生这一全新的关系到中国未来基层医疗卫生事业成败的特殊群体，对其培养工作，我们更是要做到事先制定好相应的培养方案，做到心中有数。具体可以从以下两个方面入手

第一，设计合理的课程体系。课程体系的合理与否直接影响到教学质量的高低，教学质量的高低直接影响到所培养的全科医学生能力的高低，从而直接影响到基层医疗卫生事业水平的高低。因此，在每一届医学定向生入学之前，应组织相关专家根据自然科学、人文社会科学、医药科学的发展趋势与卫生服务的需求，结合临床医学专业培养方案、《国家职业医师考试大纲》及《全科医师岗位培训大纲》等制订医学定向生的课程体系，根据医学定向生的就业特点，增加对基层医疗卫生机构有较强实用性的课程学时，如：急救医学、康复医学、全科医学概论、中医学及预防医学等，减少实用性不强的课程学时，如大学英语、高等数学、大学物理、分子生物学等，注重课程体系的整体优化

第二，制定完善的临床教学及实习方案。《中国医学教育改革和发展纲要》中指出：“医学是一门实践性很强的学科，医学教学中要加强实践教学环节，强化基本技能训练，提高分析问题和解决问题的能力”，而贵州省医学定向生全部面向各地级市下面的基层医疗机构，各地地方病种较为复杂。因此为了给广大基层医疗机构培养一批高理论、高能力、高操作力的医学人才，必须把校内教学、基地教学和社区教学结合起来，尽快建设一批完善的教学基地。就实习时间，应该在大临床一年实习时间上有所延长。可制定在三甲医院实习52周左右，教学基地实习12周左右，乡镇卫生院或者社区医院实习8周左右的实习方案。这样不仅使学生拥有更多临床实践的时间还有机会熟悉各种常见的地方病种及社区医院或乡镇卫生院的运行模式，对提高医学定向生分析问题和解决问题的能力有极大帮助

三、建立完善的诚信档案，制定长效的奖惩机制

医学定向生培养的目标是为了给乡镇卫生院及以下的医疗卫生机构培养一批从事全科医疗服务的“下得去”、“留得住”、“用得上”的高层次应用型人才。要达到这一目标，仅依靠五年的院校教育是不够的，目前基层卫生院的艰苦条件和经济待遇等和城市医院差距巨大，许多学生是迫于家庭经济困难才选择了医学定向生，心中并不安于扎根基层六年的结果，有的学生抱有等经济好转就毁约的想法，因此，“留得住”这一点是对医学定向生培养政策的一大挑战。为此必须建立健全既能立足当前、有效解决突出问题，又能着眼长远、保证工作不断推进的长效机制，可从建立完善的诚信档案和制定长效的奖励机制入手。具体如下

第一，建立健全诚信档案记录制度。在入学之初，可以通过网络，建立每一个医学定向生的电子档案，教育厅、学校、定点卫生机构三方管理人员可以如实记录每一个学生在校期间的基本信息、贷款情况、学习情况、奖惩情况、受资助情况等；毕业后有无违约等不诚信行为

第二，在诚信档案的基础上建立健全完善的奖惩机制，对不良诚信行为，根据情节的轻重，制定相应的处罚措施，如：违约赔款、取消职业医生的考试资格、推迟职称的评定时间等等；对诚信档案优良的学生，可以给予相应的奖励措施，如：职称评定中的优先考虑、在考研中、在城市医院的招聘等中可以对那些在基层兢兢业业服务满六年后的医学定向生适当性的加分和政策倾斜等。

通过上述两个方面，形成他律与自律相结合的约束机制，形成倒逼与自愿相结合的动力机制，才能有效地让医学定向生树立“有信者荣、无信者耻”的正确荣辱观，才能有效地保证实现培养一大批“下得去”、“留得住”、“用得上”的高层次应用型医学人才的培养目标

四、结语

十年树木，百年树人，对于医学定向生这个关系到中国未来广大基层医疗卫生事业改革成败的新群体，相关管理部门及负责培养的医学院校必须引起高度的重视，从培养方式、管理方法、德育教育、健康成长等方面入手研究。希望通过多方共同关心和努力，为广大基层医疗卫生机构培养出一大批优秀的医学全科人才，切实解决基层广大民众看病难的问题。

参考文献

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[5] 邓寿群，陈?S琪.免费医学定向生的培养与激励[J].职业教育.2012.（23）：203

[6] 何翠媛，车向新.医学定向生诚信教育的思考[J].高等教育研究.2012.（10）：53―55

定向井技术的发展过程篇2

1 定向井钻井技术

定向井钻井是指在钻井过程中, 通过一定的方法使井身沿着设计好的斜度和方位钻达目的层。与直井相比较, 定向井具有井斜方位角度。目前的定向井按照其刨面不同主要分为三类, 即两段型定向井、三段型定向井以及五段型定向井。两段型为垂直段与造斜段, 三段型为垂直段、造斜段与稳斜段, 五段型为上部垂直段、造斜段、稳斜段、降斜段与下部垂直段。定向井按照用途主要分为普通定向井、多目标定向井、丛式定向井、救援定向井、水平井以及多底井。

定向井钻井技术有其自身的优势。例如在开发裂缝型油层时, 定向井钻井可增加油气层的卸油面积, 提高产能, 提高效率;在作业过程中若钻通了油水边界, 则可在原井内钻定向井, 不需要重新钻井, 这种做法不仅节省了成本, 并且避免了资源的浪费, 减少了占地面积, 提高了单井的采收率。

2 定向井钻井技术的发展

纵观社会发展的历史, 任何技术以及新事物的发展均是基于对其需要的基础上, 定向井钻井技术也不例外。在石油工业中, 早期一直是应用直井作业生产。随着石油工业的发展, 以及为了解决在实际生产中遇到的问题, 提高生产的能力和效率, 定向井钻井技术逐步进入人们的视野, 发展并应用于生产。

早在十九世纪, 定向井钻井技术开始在美国进入人们的视野。在当时的研究中, 人们发现垂直井并非是完全垂直的, 而是倾斜的。因为井的倾斜造成了现实中的一些问题, 比如侵犯他人租借遭到起诉等, 定向井钻井技术逐渐受到重视。定向井钻井技术最早是应用于井下落物无法处理后的侧钻, 后逐渐应用于救援井等。在我国, 定向井钻井技术起步于50年代, 当时主要应用于玉门油田和四川油田;70年代开始推广使用, 扩大使用范围;80年代通过进行集团化联合技术攻关, 定向井技术以及设备都得到了一个很大发展。举例来讲, 在定向井钻井水平方面, 60年代的状况是钻简单的单口定向井, 水平井位移较小并且准确度低;70年代钻成了很多难度较高的定向井、大组丛式井、多目标井以及套管定向开窗井, 水平井由大半径水平井提高到中半径水平井;90年代在水平井方面取得非常大的突破, 可钻长半径水平井、中半径水平井以及短半径水平井。在定向造斜工艺上, 由60年代的使用地面定向法, 数据测量使用电测井数据, 发展为70年代使用精度很高的磁性单多点测斜仪测量数据, 发展了有线随钻测斜仪定向, 90年代时发展了导向钻井系统, 并初步研制出径向水平井造斜工艺。在剖面设计及轨迹的计算方法上, 60年代的方法为查表法、图解法, 其准确率并不是很高;70年代使用曲率半径法, 计算非常精确并且设计准确, 编制了预测和防碰扫描的计算机软件包;90年代时开始使用人工智能以及专家系统。

3 定向井钻井技术的趋势

定向井钻井技术的发展并非一日之功, 而是随着时间的变化逐渐满足生产。作为先进的技术, 需要应用于实际作业中指导生产。目前定向井钻井技术的应用较为广泛。在复杂的地质条件下, 例如森林、山脉、湖泊以及直井难穿越的地质层, 常采用定向井。在井下遇到不易处理的事故时, 也会常采用定向井。在高寒、沙漠、海洋等地区, 多采用定向丛式井, 即将多口井钻在同一个井场, 井底钻往不同方向。这种做法不仅满足了工程的需要, 并且提高了效率, 减少了工程中各个环节对于运输、人力、财力的浪费, 减少了生产成本。

定向井钻井技术目前不仅仅在应用当中, 也在发展当中。技术指导生产, 并且再生产中遇到的各项问题要回归技术研究。定向井钻井技术要适应社会的需要, 要适应发展的需要, 要适应市场的需要, 要适应并满足人民需求, 因此在剖面设计及轨迹计算方法上、在井斜控制上、在定向造斜工艺上、测量方式上以及定向井钻井水平上, 应积极研究寻找突破, 使技术更好地服务于生产, 带来生产上的提高, 不仅可增加经济效益, 也减少了资源的浪费, 有利于可持续发展。随着对定向井钻井技术的研究, 其慢慢发展进步, 将被更广泛地应用于地面情况较复杂的油田以及其他有需要的地方。

4 结论

定向井钻井技术作为石油工业中最尖端的技术之一, 将其在实际生产作业中良好地应用有十分重要的意义。并且, 随着社会发展的需要以及人们日益增长的需求, 生产需要进一步扩大, 需要提高效率, 并且减少资源能源以及人力财力的浪费。因此对于定向井钻井技术的研究, 了解其发展及趋势具有十分重要的意义。

参考文献

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[4]隆东, 李杰, 向军文.物探与水平定向钻进在工程勘察取心中的结合应用[J].探矿工程 (岩土钻掘工程) ;2008, (12)

砀山梨树整形修剪技术的发展过程篇3

1 树形的发展

1.1 基部三主枝疏散分层形

上世纪砀山梨的整形大多始于50年代中期。采用 “基部三主枝疏散分层形”，整个树体高大，呈五六层分布，生产中难以操作。修剪时，“大枝不敢动，小枝乱咔嚓”，以致造成直立枝郁郁葱葱，形成外强内弱、上强下弱、后部光秃的“大扫帚”状态，产量仍然难以提升。后来，经果树技术人员不断研究、探讨后达成共识：降低全树的高度，从原来的“三、二、二、一、一、一”形（即基部第1层3个主枝，第2层、第3层分别为2个主枝，第4、5、6层分别为1个主枝），改变为“三、二、一、一”形。在修剪时，大都采用短截，沿袭“去强留弱、去直留平”的修剪方法，疏除过密的小枝，对于多余的大枝、衰老枝进行疏除或更新。这种方法一直持续到70年代末期。

1.2 增加基部的主枝数量形成多种树形

从上世纪80年代开始，随着科学技术不断的进步，砀山县果科所的专家以及县内果树技术人员发现，砀山梨在整形修剪过程中仍存在着明显的问题：一是树体超高，操作困难，喷药容易产生“死角”；二是基部的主枝偏少，影响产量的提高。经过多次调研、专题研讨，最后制定出比较适宜砀山梨树高产优质的“基部多主枝，疏散分层形”的树形。对于盛果期的大树，其改革措施主要是将下部主枝上的“把门侧”或“大型的辅养枝”当作主枝来培养，以充分占领基部的结果空间。对于新定植的或刚刚进入结果期的幼龄梨树，基部主枝选留4～5个，均匀分布，

每个主枝上选配1～2个侧枝；第2层选留2个主枝，每主枝选配1个侧枝；第3层保留1个主枝，层间距保留在140～160 cm，层内距保留在30～50 cm。后来发现“基部多主枝，疏散分层形”的树形，下部的光照条件较差，于是，对过高的中心干保留根枝进行“落头开心”，以打开“天窗”，引上光入内，改造为“基部多主枝疏散分层延迟开心形”的树形。从上世纪90年代开始，由于酥梨栽植的密度由原来的稀植（每667 m²定植14～22株）变为密植（每667 m²定值28～56株）。随着栽植密度的增加，其树形也先后演变为“基部多主枝中干两层形”、“基部多主枝中干圆柱形”以及“自由纺锤形”的树形。

1.2.1 基部多主枝中干两层形这种树形的主干高60～80 cm，第1层主枝4～5个，分生角度为65°～70°，每个主枝上选配一个侧枝，空间较大的也可保留2个主枝。主侧枝上均匀分布各种类型的结果枝组，层内距40～50 cm。第2层可保留两个主枝，分生角度为50°～60°，不配侧枝，上面安排各类结果枝组。层间距150～160 cm，其间可配置结果枝组，树高3～3.5 m。

1.2.2 基部多主枝中干圆柱形中密度栽植的梨树多采用这种树形。其主干高60～80 cm，基部主枝4～5个，分生角70°左右，每个主枝上选配1个侧枝，主侧枝上均匀布满各种类型的结果枝组。层内距40～60 cm，中心干上不再安排主枝，全部安排大、中、小型的结果枝组和结果枝、发育枝，树高为3 m左右。

1.2.3 自由纺锤形高密度定植的梨园，由于株行距缩小，大多采用“自由纺锤形”或“改良纺锤形”的树形。自然纺锤形：主干高60～80 cm，以上交错分布10～12个主枝，主枝分生角度为75°左右，上面不配侧枝，只安排营养枝、结果枝和不同类型的结果枝组。改良纺锤形：主干高50～60 cm，基部主枝4～5个，分生角度为70°，向上交错分布5～7个主枝，分生角度为75°，主枝上不配侧枝，全部配置发育枝、结果枝和不同类型的结果枝组，使全树呈纺锤状。

2 修剪方法的更新改变

2.1 去强留弱与去直留平的改变

传统的修剪方法总是强调“去强留弱，去直留平”，其结果是树越剪越弱，果实越结越小。为了维持强健的树体生长势，始终保持壮枝结果，生产优质高档果品，必须改变为“去弱留壮，去下垂留向上斜生或直立枝”。因这类枝生长占绝对优势，枝壮、叶片大，光合能力强，光合产物积累的多，花芽饱满，结出的果实果个大、果形端正、品质好、产量高。

2.2 对于多短截修剪的改变

传统的梨树修剪方法主要以截为主，短截的目的主要是促进局部生长。但在幼龄果树上过多地进行短截，往往是“压而不服”。即使对盛果期的梨树进行修剪时，也要适当保留一些营养枝，以保证足量的枝类比和叶果比。

2.3 对于结果枝组修剪的改变

传统的对结果枝组修剪的方法，总是强调以大、中、小型的结果枝组占领空间，各类结果枝组占有多少比例为宜。实际上，大型结果枝组过多，严重影响内膛光照；小型结果枝组过多，即使在组内更新，也难以复壮。为了保持高产稳产、优质长寿，一方面对于超大型结果枝组进行组内更新，尽量压低其结果部位，在组内去弱留壮，始终保持强健枝组结果；另一方面，对于弱小的结果枝组进行疏除，以利于萌发健壮的营养枝，迅速转化为强壮的结果枝。

除此以外，对于结果枝群（鸡爪码）要放手更新。因为这类结果枝群，对于树体营养的争夺能力太弱，属于缺乏营养的一类枝组。首先疏除“鸡爪码”上过多的花芽，每枝群保留1～2个花芽即可，其余的全部疏除，以减少营养物质的消耗，促使多抽生发育枝，增加树体营养的积累。

总之，随着科学技术的不断提高，砀山梨在整形修剪上会进一步发展，寻求更适合早果、丰产的技术措施，以全面增效。

定向井技术的发展过程篇4

计算机信息技术在人类社会经济发展过程中的应用

本文着重论述了计算机及其相关技术在人类社会发展过程中所起到的积极推动作用以及计算机网络、通讯技术在各个领域所发挥的作用及所蕴藏的`巨大潜能.

作者：荣威作者单位：黑龙江省电力物资总公司刊名：林业科技情报英文刊名：FORESTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)： 33(4) 分类号：关键词：信息技术计算机信息计算机应用因特网

定向井技术的发展过程篇5

中国传统印刷技术分为雕版印刷和活字印刷两大体系

雕版印刷

雕版印刷应用比较多，在其发展史中，出现的孔版印刷和套版印刷都属于传统雕版印刷。同时在众多的印刷种类中，雕版印刷又是最先发明的。其它种类的印刷术都是在雕版印刷的基础上逐渐演变而来的。从工艺技术的总体上，有单色雕印和彩色雕印之分；从印刷形态上，则有凸印和漏印之别。

单色雕版印刷是用一块印版印刷一种颜色印刷品的工艺技术。这种工艺技术发明最早、应用最久，而且在工艺技术上始终没有多大变化。从唐朝开始推广应用迄今，主要用于书籍印刷；在古代也曾用来印刷书籍以外的诸如报纸、地图、证券、版画等印刷品的印刷。历史上所有大规模的刻印工程，均采用单色雕版印刷。

彩色雕版印刷是用雕版印刷多种颜色印刷品的工艺技术。习惯上有套印术、套版印刷、多色印刷、彩色印刷等多种叫法。彩色雕版印刷的发明和发展最能体现雕版印刷术的发展过程。以其出现时间先后次序，可划分为“刷涂套色”、“刷捺套印”、“刷版套印”、“分版套印”、等几种工艺方法。

凸印版面印刷的部分高出空白部分的印刷版，如木版、铅版、锌版、网目版、三色版、电镀凸版等。

漏印又叫柔性版印刷，融汇了铅印、平印、凹印三种印刷工艺的特点，如：使用高弹性的凸版，采用带孔穴的金属网纹辊定量供墨，印刷的油墨是流动性好，粘度较低的快干性溶剂或水性油墨，印刷质量可以与平印相比。适合印刷各种纸张、塑料薄膜、金属薄膜、不干胶等多种印刷材料。

柔性版印刷机，由于采用了短墨路的金属网纹辊供墨系统，墨量容易控制，并且自动化程序较高，因此，印刷的操作技术比凸印、平印简单。

活字印刷

活字印刷活字印刷术的最早记载是北宋时期沈括的《梦溪笔谈》。中国传统印刷中的活字印刷，根据活字材质的不同，可分为非金属活字和金属活字两大类。泥活字、木活字等印刷术为非金属活字印刷术；锡活字、铜活字、铅活字等印刷术为金属活字印刷术。

泥活字印刷是现知最早实用的活字印刷，它发明于十一世纪四十年代的北宋庆历年间。由布衣毕升所发明，在毕升之后，泥活字印刷在北宋时期也有所发展，并且应用也很广泛。

木活字印刷曾于毕升发明泥活字印刷之前试制，未果。此后不久，即研制成功，开始推广使用。使木活字印刷进一步发展的是元代农学家王帧发明转轮排字架和转轮排字法，但是由于当时的客观原因，这种方法并没有的到推广应用。木活字印刷发展到清代时，工艺技术已相当成熟，以致使清代的木活字印刷应用非常广泛。

金属活字分锡活字、铜活字、铅活字等数种。其中以锡活字出现最早，铜活字应用最多。锡活字版印刷出现在南宋时期，是活字印刷发明后出现的最早的金属活字印刷。其工艺方法除因活字材质改用金属锡致使活字制作与非金属活字略有不同外，其拣字排版、刷印、拆版还字等工序并无多大变异。所以说，包括锡活字、铜活字、铅活字在内的所有金属活字版的印刷，都是在毕升发明的活字印刷术的基础上演变、改进而成的。

南宋出现锡活字印刷，但由于当时印刷材料问题，锡活字印刷未能推广开来。锡活字版之后出现的是铜活字版印刷。铜活字印刷在明清两代有了较大的发展，当时全国大多地方都有铜活字印刷。

铅活字印刷。中国采用铅活字印刷据现有史料，始于明弘治末至正德年间，当时江苏的常州曾有人制作铅活字，用铅活字排版印刷。

综上所述，中国传统印刷中的雕版印刷，从单色雕印起，逐渐向彩色套印演进，历经刷涂套色、刷捺套印、刷版套印、分版套印，其技艺之精已达到迄今各现代印刷工艺也难以仿效的程度，使中国传统印刷工艺在当今盛开的印刷百花园中独树一帜。

参考：《印刷通史》，百度百科 110210124 印一

定向井技术的发展过程篇6

运用水平定向钻进技术实施管道更换的新方法

结合工程实例,详细介绍了运用非开挖水平定向钻进技术实施原有管道更换的新技术,为旧有管道的更换探索了一条经济可行的`便捷之路,具有借鉴意义.

作者：李淑海周海松王元满 LI Shu-hai ZHOU Hai-song WANG Yuan-man 作者单位：上海广联建设发展有限公司,上海,38刊名：探矿工程-岩土钻掘工程 ISTIC英文刊名：EXPLORATION ENGINEERING(ROCK & SOIL DRILLING AND TUNNELING)年，卷(期)：35(2)分类号：P634.7 TU996.7关键词：水平定向钻进技术管道更换注浆加固

定向井技术的发展过程篇7

固-液界面的形态分为平面状、胞状和枝状,其形态主要取决于定向凝固系统的温度梯度和固-液界面前沿的浓度梯度[5]。非平面状的固-液界面形态将影响固-液界面前沿溶质的分布,最终影响提纯效果,因此研究固-液界面形态对提纯效果的影响具有重要意义。

晶体生长过程中很难通过激光或者其他光学方法检测固-液界面的位置,尽管超声波技术可以用于检测硅熔化和生长过程中的界面,但是在生产线中安装它很不实际[6]。刘秋娣[7]等指出可通过出炉锭纵截面的晶粒形状来判断界面形状,如果晶粒由锭的底部到顶部呈收拢趋势,则为凹界面,如果晶粒呈发散状则为凸界面。目前通常用石英棒或者石墨棒检测界面位置和形状[8,9,10],这种方法会影响生长界面的稳定性。因此通过一种简单的方法研究固-液界面的变化具有重要意义。

定向凝固过程中影响固-液界面形状的因素有坩埚拉出速率,坩埚的高径比等,本工作从坩埚拉出速率影响因素出发来研究固-液界面特性。因为少子寿命与杂质浓度相关[11],而杂质浓度的分布又与固-液界面相关,因此本工作通过对不同拉锭速率下制备的多晶硅铸锭的金相组织以及少子寿命的分析,研究了定向凝固过程中固-液界面曲率随拉锭速率的变化,以及固-液界面的形态对提纯效果的影响。

1 实验方法

实验采用多用途真空感应熔炼炉,以冶金级硅为原料,先后进行了3组不同拉锭速率的定向凝固实验,实验装置图如图1所示,它主要由真空系统、熔炼系统和拉锭系统组成,熔炼方式为中频感应加热,熔炼坩埚采用高纯石英坩埚和石墨坩埚相结合的方式。紧贴石英坩埚壁沿竖直方向间隔5cm分别放置热电偶T1,T2,T3用于温度监控,先前的预备实验表明,热电偶在硅内部测得的温度T′与在石英坩埚侧壁测得的温度T之差和T′的百分比((T′-T)/T′)小于0.5%,T点温度可近似表征液态硅内部温度T′。实验中所使用的冶金级硅的主要杂质含量如表1所示。将7kg冶金级硅原料用去离子水洗净、150℃烘干后放入直径19cm,高153cm的石英坩锅内,按照图1的组装方式放入感应炉内。通过机械泵、罗茨泵将炉膛真空抽至0.1Pa,然后启动中频电源,加热至T1热电偶,所测温度为1480℃。在1480℃保温2h使硅料完全熔化。然后调整功率使热电偶T1所示的温度以0.35℃/min的速率降至1420℃,然后开启拉锭系统使坩埚的速率逐渐脱离感应线圈,在硅熔液的上下形成一定的温度梯度,使硅进行定向凝固。三次实验中的拉锭速率分别为0.23,0.16,0.12mm/min。待硅全部凝固后关闭拉锭系统,逐渐降低温度到1000℃,关闭电源。

使用GF1046型单晶硅带锯床将所得的硅锭由中心沿着纵向切开,获得纵向切片。取样后用20%(质量分数)的KOH溶液对试样进行腐蚀以显示金相组织并去除金属或有机物沾污,减小少子寿命测试误差。使用导电类型测试仪测试不同区域导电类型;利用WT-2000少子寿命测试仪测量整个纵向切片的少子寿命;利用Optima 2000DV型等离子体发射光谱仪(ICP-AES)分析不同生长高度处的杂质含量。

2 结果与讨论

2.1 固-液界面分析

不同拉锭速率下铸锭的纵截面组织如图2所示,虽然拉锭速率不同,但三个铸锭的纵截面组织均由三部分组成,底部的细柱状晶区,中段的粗大柱状晶区和顶部的树枝晶区,不同晶区的分界线如图2中的白线所示,其中中段的柱状晶区与顶部的树枝晶区的分界位置沿中轴线分别占铸锭高度的54%,0.73%,0.82%。三个铸锭的晶粒生长方向整体呈现由侧壁向中心收拢,在底部尤为明显,随着拉锭速率的降低,晶粒生长趋于轴向。

定向凝固过程中底部拉出感应加热区后,底部温度迅速降低,因此在坩埚底部迅速形成大量的细小晶核并沿着温度梯度向上扩展,形成底部的细柱状晶区。由于结晶时固-液界面的温度梯度在1℃/mm左右,属于低成分过冷[12],随着晶体生长的进行,表面能较小的晶粒生长速率较快,产生横向生长,抑制了周围生长速率较慢的晶粒生长,因此长成粗大的柱状晶[12],这些粗大的晶粒逆着温度梯度的方向继续生长而形成粗大的柱状晶区。在铸锭的顶部出现树枝状晶区可能是由成分过冷造成的,随着晶体继续生长,固-液界面前沿的温度梯度逐渐降低,而液体中的杂质浓度逐渐升高,因此当界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时将产生成分过冷,晶粒可以偏离定向凝固的方向进行生长,在铸锭的顶部出现树枝状晶区。避免树枝状晶区的出现应该增加固-液界面前沿的温度梯度,可以采取增加铸锭底部的散热以及在拉锭过程逐渐增加铸锭顶部功率的方式实现。

定向凝固过程中固-液界面与等温线一致,晶粒沿着温度梯度的反方向生长,所以晶粒生长方向与固-液界面相垂直,因此可以通过晶粒的生长趋势判断出固-液界面的形状[6]。图2中不同晶区的分界线与晶粒的生长方向垂直,因此它们即为样品不同生长阶段的固-液界面曲线。由图2中的分界线可以看出,不同拉锭速率下铸锭底部的固-液界面均为凹形,顶部的固-液界面形状随拉锭速率的减小由凹形逐渐变为平面。铸锭底部的固-液界面形状为凹形是由于所使用的石英坩埚底部为凹形所致。因为生长初期,晶体要在坩埚底部上异质形核,因此所形成的固-液界面形状会与坩埚底部的形状相同。

不同拉锭速率下铸锭纵截面上的少子寿命分布图如图3所示。少子寿命随着生长高度的增加而增加,在黑区处达到最大,此后随生长高度的进一步增加而迅速减小。不同区域的少子寿命颜色存在明显的分界线,它并非平滑,而是凸凹不平。随着拉锭速率的降低,黑区形状逐渐由凹形变为平面。p-n型测试结果表明,图中黑区处出现p-n转型,黑区下部为p型,上部为n型。

少子寿命是硅的一种重要电学特性,其与硅中的杂质浓度相关[11]。磷、硼、铝是硅中的主要施主杂质与受主杂质,因此铸锭纵向上少子寿命的变化主要是由铸锭纵向上磷、硼、铝的杂质的变化引起的。0.23mm/min拉锭速率制备的硅锭中轴线上P及Al+B含量随铸锭高度的变化如图4所示。因为杂质超过固溶度时将形成沉淀,对载流子的影响将减弱,因此P,Al,B的含量都取其最大固溶度以下的浓度。为分析方便,将P及Al+B的质量分数通过式(1)转化为每立方厘米内原子个数,与杂质溶解度的单位保持一致。

式中:Ni为杂质元素每立方厘米原子数;ρ为密度,取2.33g·cm-3;V为体积;Ai为杂质元素质量分数;Mi为杂质元素的物质的量;NA为阿伏伽德罗常数。

在试样下部的p型区内,随着生长高度的增加,磷元素含量的不断增加,材料中的主要导电的空穴因与磷元素提供的电子复合而不断减小,因此试样对外界激发产生的少数载流子的复合作用逐渐减小,少子寿命随试样高度的增加而逐渐增加。在p-n转型位置,铝、硼原子的总含量与磷原子的含量近似相等,磷产生的电子载流子与硼、铝产生的空穴载流子完全复合,此时因为试样中相当于无载流子,因此试样对外界激发产生的少数载流子的复合作用最小,少子寿命达到最大值。在试样n型区,随着生长高度的增加,材料中主要导电的电子载流子的数量因磷原子的含量进一步增加而增加,因此试样对外界激发产生的少数载流子的复合作用随铸锭高度的增加而增加,少子寿命随铸锭的高度的增加减小。因为n型区处于定向凝固生长后期,铁、铜、镍等金属杂质含量上升了两个量级以上,并出现了大量的复杂金属硅化物相,这些杂质也是少数载流子的强复合中心,因此n型区的少子寿命随生长高度的增加迅速降低。

由图3可以看出,不同区域的少子寿命颜色分界线形状与之前通过晶粒生长方向分析得出的固-液界面形状相一致,由于同一固-液界面处的杂质成分相同,而少子寿命与杂质浓度相关[11],因此可以推断铸锭纵截面上的少子寿命颜色分界线与固-液界面相对应。少子寿命颜色分界线凸凹不平可能是由于定向生长过程中固-液界面的形貌为胞状界面造成的。

因为图3中少子寿命的单位检测区域为500μm×500μm,因此由少子寿命分布判断固-液界面形貌更能反映出固-液界面的细节信息。值得指出的是,在试样底部区域成分差异较小,少子寿命颜色并未出现分界线,因此不能判断固-液界面形貌,此时可以借助晶体生长趋势来分析。

依据上述讨论,少子寿命颜色分界线与固-液界面相对应,从图3中黑色区域的分界线可以明显看出,固-液界面曲率随拉锭速率的减小而减小。由0.12mm/min拉锭速率制备的铸锭的固-液界面从底部的凹形变为平面可知,固-液界面的曲率随生长高度的增加而减小。

定向凝固过程中,固-液界面形状是由横向散热控制[13],热量由熔体流向坩埚侧壁外部则固-液界面为凹形,反之则为凸型,热流相抵则为平面。由于实验中侧壁保温有限,热量会沿侧壁散失,因此容易造成热流由熔体内部向外部散失,引起固-液界面的形状偏离平面而凹向熔体。本实验采用石墨坩埚进行辅助加热,定向凝固过程中石墨坩埚产生的热量会对熔体的侧向散热起到抑制作用,使固-液界面趋于水平。随着拉锭速率的增加单位时间内脱离感应线圈的液态硅增多,向外散热增加,而石墨坩埚远离感应线圈后产生热量迅速降低,向熔体内部传递的热量迅速减弱,向侧壁散出的总热量增加,因此相同高度的固-液界面的曲率随拉锭速率的降低而降低。文献[14,15]指出,熔体中的对流会起到平坦固-液界面的作用,拉锭过程中功率保持不变,随着结晶的进行,熔体逐渐减小,熔体中因电磁感应产生的对流加剧,因此固-液界面的曲率随生长高度的增加而减小。

2.2 固-液界面形貌对提纯效果的影响

凝固过程中,在固-液界面会发生溶质的重新分布。在一定温度下,固-液平衡相中溶质浓度的比值k0称为平衡分配系数[16],即

式中:Cs,Cl分别为固、液相的平衡浓度。

在实际凝固过程中,假设固相成分不变,仅讨论液相中溶质原子的均匀机制:扩散和对流(二者当中,对流的作用比扩散大得多),但是在固-液界面总存在无流动的边界层,因为层流平行于边界,所以在边界的法线方向不存在对流,仅靠扩散传输不能把凝固所排出的溶质同时都输送到对流液体中去,于是,在边界层中产生了杂质的聚集。在边界层外因为存在对流作用,可以使液体浓度快速均匀化。当从固体界面输出的溶质的量等于溶质从边界层扩散到对流液体中的量时,达到稳定状态,即稳态凝固过程。此时,固-液界面处固相侧的杂质浓度(Cs)i与均匀液体杂质浓度(Cl)B的比值为常数,称为有效分配系数keff,利用扩散方程可以导出杂质的有效分凝系数keff[16]:

式中:v为生长速率;D为溶质在液相中的扩散系数;δ为溶质扩散边界层厚度。

三个铸锭的定向凝固时间分别为11.2,12.4,17.1h。根据铸锭高度及凝固时间计算三个铸锭平均生长速率分别为0.193,0.148,0.116mm/min。以Fe元素为代表,计算时各项参数分别取k0=6.4×10-6,D=7×10-8 m2/s,δ=0.004m[8],则不同生长速率下Fe的keff分别为7.69×10-6,7.37×10-6,7.15×10-6。

假设固相成分在任何时刻都是均匀的,固-液界面平直,固相和液相的密度相同,忽略固相中的杂质扩散,则定向凝固过程中杂质分布将遵循Scheil方程[17]:

式中:Cs是固相中的杂质浓度;C0是初始杂质浓度;fs是固相分数。假设实验中以上假设成立,取合适的keff用Scheil方程拟合硅中的Fe分布,对于不同拉锭速率的样品,拟合时所用Fe的keff分别为16.0×10-3,3.52×10-3,1.15×10-3。拟合时以下部提纯区域的杂质为准,拟合结果如图5所示。可以看出,在枝晶区出现以前区域拟合曲线可以和实测值基本符合,但是,在枝晶区域实测值远高于拟合曲线。这是因为在枝晶区域出现成分过冷,界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度,晶粒迅速形核,杂质还没来得及扩散到液相中就被包含在固相中,因此实测杂质成分远高于拟合曲线。可以看出,Fe杂质浓度随生长速率的降低而显著降低,这是因为生长速率的降低可以使固-液界面前沿处的杂质有更充分的时间扩散到熔体中,降低了杂质有效分凝系数。

比较可以看出,用Scheil方程拟合所取得的有效分凝系数远高于通过式(2)算出的有效分凝系数,这表明固-液界面为平直的假设不成立。造成实际上的有效分凝系数要远高于理论上的有效分凝系数,这可能是由于图3所观察到的胞状界面所致。胞状界面的凹陷会使杂质在定向凝固过程中在此处聚集,因为凹陷处的杂质较多,在它们还未来得及充分扩散到熔体中时就已经被包含在固相中,因此增加了杂质的有效分凝系数,降低了提纯效果。为了使固-液界面为平面,提高提纯效果,在生长速率不变的情况下,应该增加固-液界面前沿的温度梯度,使温度梯度与生长速率的比值尽可能的大。

3 结论

(1)冶金级硅定向凝固铸锭的少子寿命随生长高度的增加先增加后减少,其变化与铝、硼、磷密切相关。铸锭纵截面的少子寿命颜色分界线与固-液界面相对应,可用于分析定向凝固过程中固-液界面变化。

(2)固-液界面的曲率随拉锭速率的减小而减小。实际中应相对降低拉锭速率以减小固-液界面曲率,减少同一高度处杂质浓度差异。

定向井技术的发展过程篇8

关键词：充型过程；数值模拟；计算方法；验证方法

DOI：10.15938/j.jhust.2016.03.019

中图分类号：TG244 文献标志码：A 文章编号：1007—2683（2016）02—0096—05

0引言

铸造充型过程伴随着复杂的液体流动，易产生铸造缺陷，例如冷隔、浇不足、夹砂、裹气等，而生产人员必须确保铸件的最终尺寸在合理的公差范围内并成功消除缺陷。针对以上问题，研究人员于20世纪60年代开发了能够计算带有自由表面的不可压缩流体的非稳态流动数值方法。充型过程的研究及模拟能够帮助我们通过计算机技术，更加直观的观察铸造过程金属液的流动以及温度的分布情况，对易产生缺陷的位置进行预测，为避免铸件中的缺陷提供有力依据，并帮助技术人员及时更改生产工艺，缩短生产周期。本文对充型过程数值模拟的国内外发展情况做出了相应的概述，并总结了充型过程数值模拟所涉及的相关计算及验证方法，同时对充型过程数值模拟的未来发展进行了展望。

1铸造充型过程数值模拟技术的发展

1.1国外铸造充型过程数值模拟的发展

充型过程数值模拟起源于20世纪80年代。1983年，Hwang W S等将计算流体力学与铸造充型问题相结合，开展了对充型过程数值模拟技术的研究。1984年，Desai P V研究了强制对流对内浇道温度的影响，采用涡函数的方法研究了弱对流与温度场之间的关系。1985年，匹兹堡大学的Wang CM利用改进后SOLA-VOF方法进行铸件充型过程数值模拟，并用高速摄影技术进行验证，模拟结果与实验基本相符合。1988年，Lin H J等将二维SO-LA-VOF方法与传热学结合，预测了扁平压铸件充型时的冷隔问题，从而为压铸件的充型模拟提供相应指导。1991年，Jonsson P分别基于层流、湍流以及两种流态共有的三种状态，模拟了不同状态下金属液在型腔内的充型结果，进一步探讨了金属液流态对充型结果的影响。1992年，Yeh J L等又利用SOLA-VOF方法求解湍流的N-S方程以及带有自由表面的k-6湍流模型，对钢水的流动进行模拟，并用水力模型实验进行对比，结果表现出良好的一致性。1995年，在第七届铸造、焊接和凝固过程模拟大会上，伯明翰大学的Sirrel B等公布了标准实验结果，该标准实验结果作为对充型过程数值模拟结果的参考一直沿用至今。在此次大会上，各研究小组利用各自的模拟软件对铸件充型过程进行模拟，大部分模拟结果都与实体实验接近。1997年，Pan SM利用SOLA-VOF技术及k-ε湍流模型，分析了充型过程中流体和浇包内气体的流动现象，包括速率和气泡的流动迹线，其中气体和液体流动所产生的相互作用也被考虑到其中，该方法与生产实际紧密结合，具有实际应用意义。1998年Jtirgen Neises等将VOF方法进行改进，新算法利用非结构网格来控制单元体积的计算，能够将双曲线方程转换为单支抛物线方程进行求解，减少计算量。该方法已经能够运用到简单铸件的生产及工厂实际应用中。2004年Mirbagheri SMH等基于SOLA-VOF方法开发了一种新的算法，研究传热和传质以及型腔内压力对充型过程的影响，同时分析了金属液对不同铸型型壁的冲击作用。该研究工作利用具有不同颗粒度的模具浇注铝合金，研究不同粗糙度下的液体流动状态及金属液对模具的侵蚀程度。2005年Kashiwai S模拟了铝合金铸件的真空吸铸过程，分析了不同的吸人压力和解压缩率对充型过程的影响，研究表明，较高吸入压力和减压速度，会更容易在充型过程中产生湍流，增大夹渣和卷气的风险，使真空吸铸技术得到进一步发展。2007年Lee D Y等模拟了半固态镁合金的充型过程，对金属液在不同剪切速率和冷却速度下的流变性和触变性进行了研究，同时分析了粘度对充型过程的影响。2011年Korti AIN等利用动量守恒方程和连续性方程求解速度场和压力场，用VOF方法处理自由表面，研究了铝铸件在高压状态下，在水平气缸和型腔中的二维流动过程。2013年Mcbride D等基于离心铸造开发了一种计算模型，该模型能够捕捉到复杂离心铸件充型过程中自由表面的细节，研究气-液两相界面间流体膜所形成的浓缩物，同时利用水力学模拟实验验证模拟结果，并用高速摄像机捕获充型过程。

国外充型过程数值模拟技术发展迅速，体系完善，无论是流体本身的性能研究还是与铸件及铸型的结合，都拥有成熟理论支持和科研平台，并且涉及领域及学科十分广泛，对算法及计算方程的研究深入准确，为国内铸造充型过程数值模拟的发展提供了先进的科学指导和参考价值。

1.2国内铸造充型过程数值模拟的发展

国内充型过程数值模拟起步虽晚但发展迅速，1991年，沈阳铸造研究所的孙逊基于SOLA-VOF方法研制了充型过程流体流速的模拟软件，并在此基础上进一步编制了含有热对流和热扩散的三维传热模拟程序，与球铁铸造工艺相结合，开发了球铁铸造工艺CAD软件，并对球铁铸件进行数值模拟计算，为工厂实际生产进行指导帮助。1994年汪小平等采用SOLA-VOF法模拟了不可压缩连续流体自由表面的流动，开发了适用于复杂薄壁压铸件的流场数值模拟程序。1995年，陈立亮等在原有的EPC充填数学模型的基础上，自主开发三维气化膜充填应用软件，准确地模拟了气化膜铸件成型过程，使国内对气化膜的研究取得进展。1997年，清华大学的邱伟在自由表面的处理上对VOF算法的累积流量误差进行修正，利用共轭梯度法求解离散化迭代方程，并引用k-ε湍流模型，利用物理实验验证改进后的效果。1998年，陈立亮对如何加快铸件流场数值计算速度进行了研究，引入了平均收敛率以及总平均收敛率来分别作为选取动态松弛因子ω和衡量整个计算过程效率的标准。每隔一段时间，程序可以根据收敛率来不断调整松弛因子，使计算的收敛速度不断地提高。2001年，贾良荣等人基于有限差分法建立流动及传热的耦合计算模型，并利用SOLA-VOF算法开发了压铸件充型过程流动及热传分析软件，利用k-～湍流模型对“弓”形型腔的充型过程进行模拟，结合水力模拟实验进行验证，同时采用所开发的软件模拟了复杂压铸件的充型过程，分析了型腔表面的温度变化，提出“瞬态层”概念。同年，吴士平运用SOLA-VOF法求解动量守恒方程和连续性方程，对TiAl基合金的离心铸造充型过程进行数值模拟，并利用石蜡做为充型液体，进行实际浇注，验证模拟结果。2002年清华大学的王罡等人利用计算机群的网格化并行计算环境，对压铸件充型过程进行分析，建立并行搜索模型，通过调整效率参数，同时利用多节点优势，对原有的SO-LA-VOF串行算法进行改进，显著地提高了计算效率。2004年，哈尔滨理工大学的马秋等对镁合金压铸件充型过程进行了数值模拟计算，研究了充型过程的物理场，预测了铸件的缺陷位置，该实验证明了采用闭合式浇注系统充型平稳，温度场分布均匀，卷气和冷隔缺陷较少。2005年，赵海东等在有限差分法的基础上，提出了表面无量纲距离，表面充填比率和体积充填比率，建立充型过程模型，以预测充型过程氧化膜的卷入，并浇注铝合金铸件进行实体实验验证。2010年，张明远等采用Level Set方法追踪充型过程气一液两相流动界面，并利用Projec-tion方法对三维复杂铸件的多相流动过程进行模拟，成功地分析了充型过程中气-液两相流动行为。

国内充型过程数值模拟技术在参考国外先进技术的基础上，在短时间内取得了快速的发展，研究人员逐步依靠自身的科研力量，不断地填补国内充型过程研究的空白，在研究内容上不断深入，在研究方法上不断创新，使在该领域的研究体系日益完善。

2充型过程数值模拟计算方法

2.1 MAC及SMAC算法

MAC技术就是基于有限差分网格，对动量方程的两端进行离散，得到求解压力的泊松方程，并将连续性方程作为压力的约束条件对泊松方程进行变形，通过动量方程和连续性方程的同时迭代，求解相应的压力场和速度场。MAC算法在流体中加入标识粒子，它并不参与计算，而是作为一种跟踪描述的方法来反应流体流动的情况。由于MAC方法需要压力场和速度场同时迭代，并且需要大量的示踪粒子才能较为准确的反应自由表面的移动，这便加大了计算量，使计算速度慢，效率低。为此在MAC算法的基础上又开发了SMAC算法，该方法是将初始压力场代人动量守恒方程离散求解速度场，如果该速度场无法满足连续性方程，则会得到一个势函数，通过势函数得到一个校正速度场，再将校正速度场代人连续性方程进行验证，直到获得收敛的速度场。将成功收敛后的速度场代人动量方程便能够求解最终压力场。可见，SMAC算法只进行了速度场的迭代，所以可大幅度提高运算速度，节省计算空间。

2.2 SIMPLE算法

SIMPLE算法最早由帕坦卡提出，该方法的理论基础是压力场间接地由连续性方程规定，当正确的压力场代人动量方程时，便能得到满足连续性方程的速度场，因此计算速度场的困难在于压力场的迭代，SIMPLE算法的首要步骤便是估计一个可行的压力场。该方法为了找到可行的估计压力值P′，采取了以下步骤：①首先确定正确的压力方程为P=P*+P′，其中P′为压力修正。②基于压力方程的前提，估计一个压力场P*，代入动量方程求得速度分量ν*、μ*、ω*。③求解P′的离散化方程，再利用压力方程确定压力P_④利用速度修正公式计算最终速度分量ν、μ、ω。⑤求解影响流场的其它物理量的离散化方程。⑥将P作为一个新的估计压力场，代入计算第一步骤，进行迭代计算，直到所得压力场和速度场收敛。另外，SIMPLE算法采取基于MAC方法的交错网格处理，避免动量方程和连续性方程将锯齿状压力场和波形速度场处理为均匀压力场和均匀速度场，使迭代结果更加准确。但SIMPLE算法和MAC算法一样，都没能摆脱压力场和速度场同时迭代的方式，这需要同时求解由动量方程和连续性方程所推导的整个离散化方程组，加大了计算量，计算效率较低，并且SIMPLE算法尽管在迭代过程中早就得到正确的速度场，但压力场却很可能需要多次迭代后才会收敛从而得到正确的解。因此，帕坦卡等提出了改进的SIMPLE法即SIMPLER算法，该方法认为，如果只用压力修正方程来修正速度场，而由其它途径来获得修正的压力场，则会加快计算速度。在推导压力方程时，没有做任何假设，而是让正确的速度场参与运算，压力方程便会得到正确的压力场。SIMPLER算法可以立刻得到收敛的解，由压力修正方程得到合理的速度场。但SIMPLER算法在单次迭代中的计算量要大于SIMPLE算法，因为其在求解SIMPLE方法中所有的方程外，还要计算压力方程，不过由于迭代次数低于SIMPLE算法，所以整体的计算时间和计算效率要优于前者。

2.3 SOLA-VOF算法

该方法的独到之处在于其将SOLA方法和VOF方法相结合，利用SOLA方法求解动量方程和连续性方程，用VOF方法处理流体自由表面。在铸件充型过程中，液态金属是不可压缩的流体，其流动过程服从质量守恒和动量守恒，其数学形式就是连续性方程和动量守恒方程即N-S方程。在用SOLA-VOF方法求解动量方程和连续性方程时，同样先将当前的压力和速度场代人动量守恒方程，如果所得的速度场没有满足连续性方程，则通过改变压力值得到新的试算速度，并将新的试算速度代入连续性方程进行验证。由于每一个计算单元的校正压力直接由连续性方程算出的速度求出，然后校正速度场，所以只需对速度场进行迭代计算，便可同时得到正确的压力场和速度场，提高了计算效率。对于自由表面的处理，VOF法定义一个体积函数F，用于表示一个流体单元内液体的体积含量。当一个流体单元充满液体时，F值为1，F值为0时表示该流体单元没有液体，当0

2.4格子气方法

格子气方法又称离散粒子技术，它是指大量的微观个体按照一定的规律集合在一起便表现出高度的有序性，这决定了其组成的宏观物理系统具有复杂性质。这样便可以认为流体是由大量微观个体所组成，这些离子在网格空间内按照一定规律相互作用或移动，宏观上表现为流体的运动，任一个体有质量无体积，只能在网格点上存在，并沿着网格线在网格间运动，在同一时刻同一点上，沿着每一网格的运动方向最多只有一个粒子。粒子运动的方法是先让某一个分子按其速度矢量的指向移动一格，走到最邻近的格点。如果有两个分子以相对方向，同时向一个网格节点运动即发生碰撞，则由这两个分子组成的位形之间的角度要换成直角，而其它位形保持不变。利用格子气方法所构造的格子气自动机，可转变为不可压缩流体的二维和三维的动量方程，不仅是速度，在时间和空间上都是离散的，格子气模型与非线性的N-S方程有3方面差异：1）缺乏伽利略不变形；2）缺乏各向同性；3）维度交叉问题。格子气方法主要优点是算法稳定，边界条件易处理，对于单一节点的计算只涉及若干与其相邻的节点，可以进行并行计算。格子气方法的计算速度比传统方法快至少1000倍以上，在未来的模拟实验中存在相当大的发展空间。

3对于充型过程数值模拟结果的常用验证方法

3.1直接验证法

最常用的方法便是根据要求设计实验，浇注实体铸件，对充型过程可能产生的缺陷进行分析研究，与模拟结果进行对比，这种方法一般适用于中小型铸件，对于大型铸件，由于其体积大，浇注过程极为不易控制，并且每一次实际生产都会花费大量人力物力且无法保证铸件质量，所以对于大型铸件的充型模拟过程不宜采取这种方法。

3.2水力模拟实验

水力模拟实验是最常用的方法之一，成本较低且易于控制。该验证方法主要是用透明有机玻璃制成铸型型腔，以水代替金属液充入型腔，并用高速摄像机拍摄充型过程。但是由于液态水和液态金属的流动性存在一定差异，为此，也可以使用低熔点有机材料代替水进行模拟例如石蜡，同样取得了较好的效果。

3.3 X射线的应用

在充型过程中可以用带有一定电压的X射线进行观察，同时结合高速摄像机进行图像记录，这种验证方法所得到的结果准确但操作复杂。

3.4对比验证

充型过程数值模拟的发展已经到达一个较为成熟的阶段，世界许多科研机构也相继推出了可供与模拟结果相对比的标准实验结果，例如伯明翰大学的Sirrel B等公布的标准实验结果。基于这些标准实验结果，可将模拟的实验结果与其进行对比验证。

3.5商业化软件的应用

现在人们常用的商用化模拟软件如MAGMA，ProCAST，Flow-3D等已经发展的相当成熟，其模拟结果的准确性也得到广泛认同，因此对于同一实验可利用多个商业化模拟软件进行模拟，然后对比实验结果进行分析。

4展望