铜管井式退火炉流场和温度场的数值模拟及实验研究

发布时间：2017-10-02 20:32

  本文关键词：铜管井式退火炉流场和温度场的数值模拟及实验研究

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【摘要】：现如今我国经济发展迅速,推动了全国各行业的快速发展,空调市场作为其中一部分也发展空前,然而最新出现的制冷媒介的使用对空调的质量的要求也越来越高,同时对作为换热器首选高效传热管的TP2铜管也提出了更高的要求。因此,在满足铜管产量的同时,必须不断提高铜管产品的质量,生产出高清洁、高性能、高精度和高附加值的产品。由于TP2铜盘管在生产过程中会产生比较明显的加工硬化现象,因此需要进行成品退火处理以达到铜管的性能要求。TP2铜盘管的力学性能受到成品退火温度高低的直接影响,成品退火温度过高比较容易引起铜盘管局部产生温度过热的现象,从而在达到再结晶温度时导致铜盘管内部晶粒迅速长大,降低了成品铜盘管的延伸率。如果成品铜盘管退火温度过低,则会使得内部的铜盘管因为退火过程中加热阶段或者保温阶段时间不足,导致铜盘管残余应力无法全部消除,铜盘管的硬度值偏高,不利于后续的冷加工过程。因此,有必要对铜管的成品退火过程中井式退火炉内的气体流动情况和气体以及铜盘管的温度分布情况加以分析,为改进退火工艺和井式退火炉结构提供基础数据。本文的主要内容如下:⑴根据铜管井式退火炉的退火特点,利用流体动力学软件FLUENT建立了铜管井式退火炉的实体模型,采用六面体网格、结构混合网格和非结构混合网格划分了网格,并采用了标准的ek-湍流模型和P-1的辐射模型,最终建立了一个多参考系三维湍流流固耦合传热模型,并利用该模型对铜管井式退火炉内流场和流固耦合温度场进行了模拟。⑵在现场实际测量了在退火过程中铜管井式退火内的所关注点的温度变化曲线,并与模拟值进行比对,验证模拟结果的准确性。⑶按数值模拟得到的热循环曲线对硬态铜管做Gleeble热模拟实验,对从现场取得的退火后成品管和Gleeble热模拟实验试件进行力学性能拉伸试验和金相实验,并对结果进行比对分析,以再次验证模拟结果的准确性。⑷对现有井式退火炉的结构进行结构改造,通过软件FLUENT对改造后的退火炉进行数值模拟,以温度均匀性作为标准,得到井式退火炉较优的结构。
【关键词】：TP2铜管 成品退火 流场分布 温度分布 数值模拟 FLUENT
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG155
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 铜管生产技术现状12-14
• 1.2.1 铸轧法12-13
• 1.2.2 挤压法13
• 1.2.3 上引法13
• 1.2.4 焊接法13-14
• 1.3 国内外铜管发展研究现状14
• 1.4 铜管热处理技术现状14-15
• 1.5 退火炉温度场和流场模拟的研究现状15-16
• 1.6 课题研究的主要内容及意义16-18
• 第2章 井式炉内流场和耦合传热计算模型18-27
• 2.1 流体动力学基本控制方程18-20
• 2.1.1 质量守恒方程18-19
• 2.1.2 动量守恒方程19
• 2.1.3 能量守恒方程19-20
• 2.2 三维湍流模型20-23
• 2.2.1 湍流流动的特征20-21
• 2.2.2 湍流的基本方程21-22
• 2.2.3 标准k-e 模型22-23
• 2.2.4 壁面函数法23
• 2.3 耦合传热模型23-25
• 2.3.1 流固温度场计算模型23-24
• 2.3.2 界面传热计算24-25
• 2.4 多参考坐标系模型（MRF模型）25
• 2.5 本章小结25-27
• 第3章 流场数值模拟和流固耦合传热的数值模拟27-54
• 3.1 引言27
• 3.2 几何模型的建立27-29
• 3.3 网格划分29-31
• 3.3.1 结构与非结构混合网格29
• 3.3.2 网格的划分29-31
• 3.4 边界条件的设置31-33
• 3.4.1 井式退火炉热边界条件31-32
• 3.4.2 风机条件32
• 3.4.3 固体区域物性参数设置32
• 3.4.4 流体区域物性参数设置32-33
• 3.5 压力场、流场和温度场模拟结果与分析33-48
• 3.5.1 压力场、流场和温度场总体分析33-36
• 3.5.2 不同时刻流体温度场模拟结果及分析36-40
• 3.5.3 不同时刻铜盘管温度场模拟结果及分析40-43
• 3.5.4 铜盘管沿径向各点数据分析43-46
• 3.5.5 铜盘管沿井深方向各点数据分析46-48
• 3.6 模拟可靠性的测温实验验证48-52
• 3.6.1 测温实验设备介绍49
• 3.6.2 测温实验过程和结果49-52
• 3.7 本章小结52-54
• 第4章 实验研究54-63
• 4.1 铜管井式退火炉取样位置介绍54-55
• 4.2 Gleeble热模拟实验55-56
• 4.3 井式炉退火后成品铜光管实验及质量不均匀性分析56-62
• 4.3.1 力学性能实验56-60
• 4.3.2 观察晶粒度实验60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 井式退火炉的结构改造与数值模拟63-70
• 5.1 前言63
• 5.2 方案一的数值模拟研究63-64
• 5.3 方案二的数值模拟研究64-66
• 5.4 方案三的数值模拟研究66-67
• 5.5 方案四的数值模拟研究67-68
• 5.6 方案一、方案二和方案三的比较68-69
• 5.7 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果75-76
• 致谢76-77
• 作者简介77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐国钰,解晓冬,朱安云,迪文;我国铜管生产现状和贸易分析[J];世界有色金属;2000年10期

2 王硕 ,刘炜;中国铜管制造业现状及特点[J];世界有色金属;2004年07期

3 陈永辉;王强;朴明波;;湍流模型的发展及其研究现状[J];能源与环境;2009年02期

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本文编号：961666