高压气淬冷却过程数值模拟及风道结构优化

发布时间：2023-02-22 19:52

　　高压气淬作为一种“绿色热处理”技术,以其无氧化、清洁高效等独特的优势逐渐成为一种主导工艺。由于高压气淬过程中气体流动的复杂性,更加快速均匀的淬火技术尚未达到,无法同时满足冷却速度和冷却均匀性的要求,容易出现工件变形大、同炉不同硬度的情况。本文以圆周喷嘴型高压气淬炉为研究对象,对其高压气淬过程进行分析,利用数值模拟方法,从工艺参数和风道结构方面提升典型工件淬火效果。分析了高压气体淬火过程中的气体流动与传热特点,确定了高压气淬过程数值模拟的边界设置条件。应用Fluent软件对高压气体淬火过程中的流场和温度场进行数值模拟,并通过风速、温度测量等实验进行验证,实验数据与模拟值基本相符,误差在15%以内,证实了模型的准确性和可靠性,为后续模拟优化提供基础。本文从冷却速度和冷却均匀性两个角度建立了淬火效果评价体系,通过单一变量控制法研究了不同气淬工艺参数对淬火效果的影响,得到气淬工艺的一般规律:增大淬火压力和流速都能提高工件冷却速度,但同时在一定程度上会降低冷却均匀性,还需要综合经济因素和淬火效果选定合适的工艺参数。通过国内外研究文献表明,风道结构中喷嘴数量、喷嘴直径和风管数量对淬火效果都有重要影...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究背景及意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 国内研究现状
        1.3.2 国外研究现状
    1.4 论文的主要研究内容与目标
第2章 高压气淬过程流动与传热分析及其数学模型
    2.1 引言
    2.2 高压气淬流动分析
    2.3 高压气淬传热分析
    2.4 计算流体动力学在高压气淬模拟中的应用
        2.4.1 计算流体动力学概念
        2.4.2 k-ε双方程模型及其求解方法与步骤
    2.5 本章小结
第3章 流场及温度场模拟与验证
    3.1 引言
    3.2 数值模拟基本步骤及软件介绍
    3.3 高压气淬炉流场模拟及试验验证
        3.3.1 流场模拟
        3.3.2 流场风速测量
        3.3.3 模型验证
    3.4 高压气淬炉温度场模拟及试验验证
        3.4.1 温度场模拟
        3.4.2 温度测量
        3.4.3 模型验证
    3.5 本章小结
第4章 气淬工艺参数及喷嘴布局对气淬效果影响
    4.1 引言
    4.2 数值模拟方案
    4.3 模型建立及边界条件设置
    4.4 气淬压力对气淬效果的影响
    4.5 流体速度对气淬效果的影响
    4.6 工件排列对气淬效果的影响
    4.7 喷嘴布局对气淬效果的影响
    4.8 本章小结
第5章 基于响应面试验设计的数值模拟及结构优化
    5.1 引言
    5.2 响应面法介绍
        5.2.1 响应面设计模型分类
        5.2.2 响应面设计的一般步骤
    5.3 响应面试验设计方案
        5.3.1 设计变量
        5.3.2 目标函数
        5.3.3 响应面试验设计
    5.4 构建模型及检验评价
        5.4.1 响应面模型构建及检验
        5.4.2 响应面图及等高线图
    5.5 风道结构的多目标优化
    5.6 本章小结
第6章 结论
    6.1 工作总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文和参加科研情况



本文编号：3748191