与传统砂型铸造相比,壳型铸造具有用砂量少、绿色高效、铸件尺寸精度高、生产周期短等优点。覆膜砂壳型铸造工艺通常采用吹射法制壳和制芯,由于目前射砂过程数值模拟技术尚处于初始研究阶段,实际生产中只能通过试错法和经验分析法确定最终制壳(芯)工艺方案,造成了资源浪费,降低了壳型铸造的生产效率。因此,采用数值模拟手段对覆膜砂射砂充型过程进行研究,对优化制壳(芯)工艺,改善壳型(芯)质量和提高生产效率有着十分重要的意义。本文采用实验和数值模拟相结合的方法对覆膜砂射砂充型过程的流动行为进行了较为深入的研究。首先,针对应用于射砂充型过程的三种流动数学模型,即非牛顿流体本构模型、双流体模型和欧拉-拉格朗日模型展开研究,将三种数学模型对同一实验过程进行求解,通过模拟和实验结果对比,分析了三种模型的准确性和合理性。由于欧拉-拉格朗日模型具有计算时间短、可合理预测砂粒体积分数的分布等优点,因此,选择该模型用于本文数值模拟研究。其次,搭建了实验验证平台,通过实验研究了不同射砂工艺参数和模具结构下覆膜砂的充型过程,分析并总结了射砂头高度、排气槽位置和大小、覆膜砂粒度以及射砂压力对覆膜砂流动和充型能力的影响规律。最后,基于计算颗粒流体力学(CPFD)方法对实验室平台的射砂充型过程进行了数值模拟,结合覆膜砂的速度、压力分布模拟结果研究了排气槽位置和大小、覆膜砂粒度以及射砂压力对覆膜砂流动的影响,模拟结果和实验结果吻合较好。基于CPFD方法对实际工程壳型件的射砂过程进行了研究,分析了砂粒的充型流态并找到了充型困难的部位,模拟结果可以为实际生产中工艺方案的确定和模具结构的优化提供科学指导。