闭式淬火槽流场的模拟与分析

发布时间：2017-09-01 19:06

  本文关键词：闭式淬火槽流场的模拟与分析

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【摘要】：淬火槽是实现热处理生产过程的重要设备之一,伴随着热处理技术的不断进步以及严格的热处理质量、安全和环保的要求,淬火槽也逐步朝着多功能和自动化方向不断发展。优质的淬火槽不但要求槽内介质具有一定的流动速度,达到一定的冷却能力,还要求流速分布尽量均匀,以减少淬火畸变和开裂的危害。由于淬火槽的开放性,槽内介质处于湍流状态以及测量手段的缺失,对淬火过程分析存在很大的困难,所以通过数值模拟的方法了解淬火槽内介质的流场分布情况,研究不同因素对介质流场分布的影响,对于提高淬火工件的质量和淬火工艺设计有着重要的应用价值。本文以带闭式搅拌装置的淬火槽为研究对象,根据淬火槽的具体结构和尺寸,利用Pro/Engineer 5.0对淬火槽建模,进而利用ANSYS Workbench平台下的流体力学仿真软件Fluent对建立好的淬火槽进行网格划分、建模并模拟计算,对模拟结果进行后处理可视化分析,得到了在安装均流装置前后流场的分布情况,不同入口速度下淬火槽内有效淬火区的变化,同时也分析了不同温度的QA55淬火油和不同浓度的Ca Cl2水溶液对淬火槽的作用以及加载工件后的淬火槽流场的变化。(1)通过对加均流装置前后两种情况下的淬火槽流场模拟结果分析发现,加均流装置前淬火槽流场大范围呈涡流状分布,加载均流装置之后流场的有效淬火区域扩大,流场内淬火介质的流速分布均匀,通过研究淬火槽均流装置对流场均匀性的影响,为进一步分析淬火槽流场打下基础。(2)在边界条件中设置水、淬火油以及Ca Cl2水溶液这三种淬火介质的不同入口速度,发现提高淬火槽的入口速度不能改变流场总的分布规律,但在局部可以减小涡流分布的区域,过大的入口速度会使淬火槽底部的淬火介质的流速差增大,增加了流场分布的不均匀性,通过对模拟结果的研究以及实验分析得到较为合适的入口速度。QA55淬火油由于自身的运动粘度的影响使淬火槽流场内的涡流区域增大,增加淬火油的温度会使其运动粘度值降低而有利于其流动,拓宽淬火槽的有效淬火区域,但增大Ca Cl2水溶液的浓度会使淬火槽内的涡流区域也有所增大。(3)淬火槽内加载工件后流场内的涡流区域增大,淬火槽原有的均匀流场被打破,随着加载工件数目的增多,涡流区域随之变小并逐渐下移,但下部工件周围的流速随着深度的增加而变大且分布不均匀,故在实际生产中为减少工件的变形和开裂,在工件底部加与之面积相接近的空心板类夹具。
【关键词】：淬火槽 流场 数值模拟 均流装置 工艺分析
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG155.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题的提出背景9-10
• 1.2 淬火冷却技术10-12
• 1.3 流体分析软件Fluent简介12-13
• 1.4 淬火槽流场模拟的研究现状13-15
• 1.5 课题的提出目的和意义15
• 1.6 本课题主要研究内容15-16
• 1.7 本章小结16-17
• 第二章 淬火槽模型的建立17-25
• 2.1 淬火介质17-21
• 2.1.1 淬火介质的种类18-19
• 2.1.2 淬火介质的冷却强度19-20
• 2.1.3 淬火介质的冷却作用20-21
• 2.2 淬火槽模型21-24
• 2.2.1 淬火槽结构21-22
• 2.2.2 淬火槽搅拌系统22-23
• 2.2.3 淬火槽几何模型的建立23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 淬火槽流场模拟边界条件的设置25-35
• 3.1 流体力学数学模型27-31
• 3.1.1 流场基本控制方程27-28
• 3.1.2 湍流模型28-31
• 3.2 网格划分和边界条件的设置31-34
• 3.2.1 淬火槽网格的划分31-32
• 3.2.2 边界条件的设置32-34
• 3.3 本章总结34-35
• 第四章 淬火槽流场模拟与分析35-56
• 4.1 淬火槽均流装置对流场的影响35-37
• 4.2 不同淬火介质时入口速度对流场的影响37-48
• 4.2.1 水对淬火槽流场的影响38-42
• 4.2.2 不同温度淬火油对流场的影响42-45
• 4.2.3 不同浓度无机盐水溶液对流场的影响45-48
• 4.3 入口速度对流场影响的实验分析48-53
• 4.4 淬火工件夹具的应用53-55
• 4.5 本章总结55-56
• 第五章 全文总结与展望56-58
• 5.1 课题总结56-57
• 5.2 课题的不足与展望57-58
• 参考文献58-61
• 致谢61-62
• 攻读学位期间的研究成果62-63

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本文编号：773854