摘 要
鋁合金重力鑄造在流道設計時，需要讓金屬流體進入模穴時之速度降低至所謂的底澆
臨界速度(0.5 m/s)以下，讓鋁合金金屬液體穩定的從模穴底部慢慢充填。如果鋁合金金屬液
體超過澆鑄臨界速度時，澆鑄時液體表面的氧化膜會捲入至金屬流體的本體內，而造成鋁
合金鑄件的品質下降。本研究應用所謂圓曲擴散的流道設計，希望能在最小空間內，設計
圓曲擴散流道，連接在豎澆道出口處。在此處的液體動能達到最大，當進入此轉彎且橫向
截面漸大的擴散流道形體(圓曲擴散流道)，當轉為水平方向的同時將液體橫向分散開，使金
屬液體橫向分散增加其截面積。能在質量守恆的情況下，希望流量變大，而擴散的金屬液
體流速因而下降。應用計算流體動力模擬軟體，模擬鋁合金液體在不同尺寸的圓曲半徑下，
液體經歷轉彎的同時，其橫向截面積擴大的過程，分別針對三階段的轉彎形體的液體速度
變化進行分析，以找出最佳的圓曲擴散流道，使用水模實驗驗證電腦模擬的差異性。
本研究的最佳圓曲擴散流道之三個階段圓曲半徑分別為50、23及22 mm，以及其入口
與出口截面積比分別為1.49、1.5及1.8。由鋁液模擬結果可以預測最佳圓曲擴散流道，能使
高動能流體轉換成靜壓力，其壓力回覆係數為1.38，意指能降低鋁液速度至0.42 ±0.01 m/s，
此為低於臨界速度以下，如此能有助於避免鑄造過程捲入雙膜缺陷、氣泡等問題。再者，
流出係數(Cd)為1.27，鋁液澆鑄流量能增加至為1.24 ×10-3 ±0.035 ×10-3 m3/s，此可以縮短整
體鑄造時間，以及避免冷接問題。本研究所提出的最佳圓曲擴散流道，可達到降低流體速
度並且提高流量，所謂最佳流道方案設計的目的。
關鍵詞：鋁合金鑄造、重力鑄造、底澆臨界速度、流道方案設計、圓曲擴散流道、雙膜缺陷
摘 要
鋁合金重力鑄造在流道設計時，需要讓金屬流體進入模穴時之速度降低至所謂的底澆
臨界速度(0.5 m/s)以下，讓鋁合金金屬液體穩定的從模穴底部慢慢充填。如果鋁合金金屬液
體超過澆鑄臨界速度時，澆鑄時液體表面的氧化膜會捲入至金屬流體的本體內，而造成鋁
合金鑄件的品質下降。本研究應用所謂圓曲擴散的流道設計，希望能在最小空間內，設計
圓曲擴散流道，連接在豎澆道出口處。在此處的液體動能達到最大，當進入此轉彎且橫向
截面漸大的擴散流道形體(圓曲擴散流道)，當轉為水平方向的同時將液體橫向分散開，使金
屬液體橫向分散增加其截面積。能在質量守恆的情況下，希望流量變大，而擴散的金屬液
體流速因而下降。應用計算流體動力模擬軟體，模擬鋁合金液體在不同尺寸的圓曲半徑下，
液體經歷轉彎的同時，其橫向截面積擴大的過程，分別針對三階段的轉彎形體的液體速度
變化進行分析，以找出最佳的圓曲擴散流道，使用水模實驗驗證電腦模擬的差異性。
本研究的最佳圓曲擴散流道之三個階段圓曲半徑分別為50、23及22 mm，以及其入口
與出口截面積比分別為1.49、1.5及1.8。由鋁液模擬結果可以預測最佳圓曲擴散流道，能使
高動能流體轉換成靜壓力，其壓力回覆係數為1.38，意指能降低鋁液速度至0.42 ±0.01 m/s，
此為低於臨界速度以下，如此能有助於避免鑄造過程捲入雙膜缺陷、氣泡等問題。再者，
流出係數(Cd)為1.27，鋁液澆鑄流量能增加至為1.24 ×10-3 ±0.035 ×10-3 m3/s，此可以縮短整
體鑄造時間，以及避免冷接問題。本研究所提出的最佳圓曲擴散流道，可達到降低流體速
度並且提高流量，所謂最佳流道方案設計的目的。
關鍵詞：鋁合金鑄造、重力鑄造、底澆臨界速度、流道方案設計、圓曲擴散流道、雙膜缺陷
