真空炉加热温度场及气淬过程气流场数值模拟研究

发布时间：2017-09-22 13:24

  本文关键词：真空炉加热温度场及气淬过程气流场数值模拟研究

  更多相关文章： 真空气淬炉 温度场模拟 尺寸优化 气体淬火 气流场模拟

【摘要】：真空热处理技术能够使待处理工件具有较优异的综合力学性能，因而是现代热处理技术的重要技术之一。真空热处理技术，在国内外受到了广泛重视并进行了大量的尝试与应用，其普及程度成为评价一个国家热处理技术水平高低的重要标志。但在真空热处理过程中，工件内部的传热、变形、应力应变及与工件周围介质间的换热等一系列复杂现象无法直接观察和测量。 伴随着计算机技术和数值计算方法的迅猛发展，数值计算仿真将图形显示技术、数值计算方法技术、计算机建模技术相糅合，使得相关工程应用的全过程可以在计算机上实现模拟，从而能够尽早发现生产制造中可能出现的问题，并做及时处理。这样一来，在实际生产中便于改进，以减少生产损失，降低生产成本、缩短研发周期，最终增强产品的市场竞争力。 基于此背景以及某型真空气淬炉的结构特点，本文主要分两个部分对真空气淬炉工作情况进行仿真研究。 第一部分，，讨论真空气淬炉加热阶段的温度场及其加热室优化设计。 首先分析传热学中的三种传热机理，重点讨论真空炉真空环境中的辐射加热以及辐射加热的特点； 其次，对真空炉加热室有效加热区定义及评价标准进行概述； 最后，通过ANSYS软件建立真空炉加热室的参数化模型，以APDL命令流的方式对加热室中的温度场进行模拟，并使用ANSYS优化模块对参数化模型进行尺寸优化设计，在保证温均性的前提下使有效加热区尺寸最优。 第二部分，分析工件加热保温后的高压气淬过程，研究不同压力对冷却的影响。 首先，讨论了CFD中的相关控制方程，对湍流模型中的标准k方程进行介绍，建立其改进型的RNGk方程。 其次，对加热室模型进行简化修改，使用计算流体动力学软件FLUENT，对热处理工件的气淬过程进行气流场数值模拟分析，较为准确地模拟了圆柱形金属棒料淬火过程的冷却曲线，研究了不同入口压力（0.1Mpa、0.2Mpa、0.5Mpa）下，待淬工件（圆柱形金属棒料）冷却效率，为优化气体淬火工艺的提供理论依据。
【关键词】：真空气淬炉 温度场模拟 尺寸优化 气体淬火 气流场模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG156.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 引言11
• 1.2 概述及发展现状11-12
• 1.3 真空热处理技术的数值模拟研究现状12-14
• 1.4 本文研究内容14-15
• 第2章 传热学基础及辐射传热特点15-29
• 2.1 传热学基本理论及基本控制方程15-23
• 2.1.1 热传导控制方程19-21
• 2.1.2 热对流控制方程21-22
• 2.1.3 热辐射控制方程22-23
• 2.2 辐射传热特点分析23-28
• 2.2.1 辐射传热的角系数23-27
• 2.2.2 伴有参与介质的辐射换热27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 真空炉温均性及有效加热区尺寸优化29-47
• 3.1 某型真空炉简介29-30
• 3.2 加热室温度场仿真建模与分析30-38
• 3.2.1 温度均匀性测定31-33
• 3.2.2 加热室参数化模型的建立33-35
• 3.2.3 加热室有限元模型的建立35-36
• 3.2.4 加热室温度场分析36-38
• 3.3 加热室有效加热区尺寸优化38-46
• 3.3.1 ANSYS 优化模块简介39-40
• 3.3.2 优化问题的数学模型40-41
• 3.3.3 优化结果及分析41-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 工件高压气淬过程的基本理论47-57
• 4.1 计算流体动力学概述47
• 4.2 流体动力学的基本方程47-50
• 4.3 湍流模型50-54
• 4.3.1 湍流模型的基本思想50-52
• 4.3.2 标准 k-ε模型与 RNG k-ε模型52-54
• 4.4 计算数学模型描述方式54-56
• 4.4.1 控制方程的离散化方法与原理54-55
• 4.4.2 流场求解计算的 SIMPLE 算法55-56
• 4.4.3 网格类型56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 真空炉气淬过程气流场数值模拟57-69
• 5.1 真空气淬炉的气淬流场仿真建模57-59
• 5.2 真空气淬炉气流场的数值模拟59-67
• 5.2.1 物性参数及边界条件59
• 5.2.2 网格划分及计算方法59-60
• 5.2.3 计算结果及分析60-67
• 5.3 本章小结67-69
• 第6章 总结与展望69-71
• 6.1 工作总结69
• 6.2 展望69-71
• 参考文献71-75
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果75-77
• 致谢77-78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李国纲;王云春;潘勇;;铂铑热电偶材料的生产及应用[J];贵金属;2008年01期

2 巨东英 ,彭惠民;齿轮的渗碳淬火模拟与实验验证[J];国外机车车辆工艺;2004年02期

3 卢志文,吴希让;真空炉高压气体淬火的计算机模拟及其应用[J];国外金属热处理;1997年05期

4 叶健松,李勇军,潘健生,胡明娟;大型支承辊热处理过程的数值模拟[J];机械工程材料;2002年06期

5 张淑蓉;;石墨加热元件在真空炉中的应用研究[J];工业加热;2012年05期

6 邹歆;袁新;;湍流建模对透平流热耦合模拟影响研究[J];工程热物理学报;2013年08期

7 黄少君;;热处理炉有效加热区域测定[J];工业计量;2012年S2期

8 任志安;郝点;谢红杰;;几种湍流模型及其在FLUENT中的应用[J];化工装备技术;2009年02期

9 K. H. Low;;Computational Research on Modular Undulating Fin for Biorobotic Underwater Propulsor[J];Journal of Bionics Engineering;2007年01期

10 匡琦,潘健生,叶健松;三维非线性有限元在热处理炉CAD中的应用研究[J];金属热处理;2001年11期

本文编号：901059