基于ANSYS的内热式真空炉温度场有限元分析与建模研究

发布时间：2020-06-26 10:23

【摘要】：内热式真空炉采用了先进的工艺技术,具有流程短、能耗低、污染少、设备相对简单、金属回收率高等优点,适用于多种二元合金的分离,是研制新材料和有色金属冶炼的重要设备。但由于真空炉内的温度难以准确测量,炉内温度场分布不明确,缺乏对真空炉温度场的数学建模研究等因素的影响,一直制约着真空冶金炉的快速发展。针对内热式真空炉,需要研究如何实时掌握炉内温度场的分布情况、如何提高温度控制的准确性及温度随反应如何变化等问题,因此对真空炉进行温度场的机理研究非常重要。金属在达到某一温度产生相变是二元合金分离的原理,为了探索利用内热式真空炉分离不同合金时炉内温度场的分布及变化情况,有必要研究在空负载情况下炉内温度场的分布情况。以小型内热式真空炉为研究对象,利用有限元法等数学方法建立真空炉温度场分布的模型,并通过ANSYS软件对模型进行仿真,计算出真空炉进入保温阶段时,炉内温度分布云图和相应节点的温度值。同时对其进行实验验证,实验数据经处理后,与对应的仿真节点计算值对比分析,结果表明：三个节点所在的等温面仿真计算温度值与实验测量值最大相对误差为3.696%；最小相对误差为0.506%；平均相对误差为1.909%。通过试验对比,验证了真空炉模型仿真方法的正确性,可为加入不同反应料的真空炉温度场分析提供方法,亦可推广到大型真空冶炼炉温度场研究中。另外,根据真空冶金的工艺要求对炉内温度场进行均匀性测定,实验数据显示：T1等温面上4个测量点处温度均匀性最好；T2等温面上4个测量点处温度均匀性最差。分析得出温度控制品质差是造成温度场均匀性差的主要因素之一,通过实验法建模求出传递函数,并提出真空炉多点平均温度反馈控制系统,采用Smith预估补偿控制器以提高系统动态控制效果,从而改善温度场均匀性。在了解了空负载下内热式真空炉温度场的分布情况后,可以进一步完善现有的温度检测与监控系统,获得更全面有效的数据,对不同金属的真空冶炼反应机理研究和真空炉工艺参数的优化研究具有一定的意义。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF131
【图文】：

趋势图,真空炉,加热体,炉壁

逦（出部分测试节点温度计算结果逡逑图３．５真空炉模型热福射仿真图（右半主视图°Ｃ）逡逑图３．５（ｂ）所示的热福射温度场分布云图结果表明：炉膛内温度场分布近似由逡逑加热体到炉壁径向降低，从上至下温度呈降低趋势。由图３．５（巧知，节点Ｔ１，逡逑Ｔ２，邋Ｔ３在保温阶段的仿真计算结果分别为８７３．２３４ｒ，邋８２６．４７７ｒ，７９２．３０６°Ｃ。逡逑３．３本章小结逡逑根据ＨＢ５４２５－８９对温度场测试方法，对测试点进行合理布置，并通过增加６逡逑个测试点来提高测量精度。利用ＡＮＳＹＳ１４．０对真空炉进行热力学分析，建立物逡逑理仿真模型并将冷凝罩内进行简化，同时对模型做了暇设约定。简化模型后对逡逑真空炉进行仿真，得到的热福射温度场分布云图，结果表明：炉膛内温度场分布逡逑近似由加热体到炉壁径向降低，从上至下温度呈降低趋势。并得知等温面Ｔ１、逡逑Ｔ２、Ｔ３邋的仿真计算结果分别为邋８７３．４３’Ｃ

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【参考文献】