真空熱處理爐傳熱的三維數值模擬

 　　真空熱處理爐傳熱的三維數值模擬

　　為了分析真空熱處理爐內加熱工件的溫度場,將包括工件在內的整個真空熱處理爐作為模擬對象建立了一個三維的數值模型。該模型集成了一個控制爐溫的PID模塊,并且考慮了熱物性參數的非線性因素。基于一商業軟件,對工件、真空熱處理爐的隔熱層、加熱管等的瞬態傳熱過程進行了數值模擬,并與實測值進行了對比,兩者基本吻合。最后,根據模擬結果提出了優化的加熱工藝參數。

　　真空熱處理爐內的傳熱以輻射為主,在加熱過程中爐膛比工件的升溫速度快得多,故存在加熱滯后現象。此外,由于工件之間相互遮蔽,形成加熱器無法直接輻射到的暗輻射區,從而導致工件加熱不均勻并產生溫差。因此,為避免工件產生加熱畸變,同時又不致因為加熱速度太慢而引起晶粒長大和成本增加,需要研究真空爐內的傳熱規律,制定合適的加熱工藝。常規用于確定加熱工藝參數的實測法成本高、周期長。近年來,計算機模擬技術開始用于熱處理加熱過程的研究,但采用的多是兩維模型、工件簡單,而且忽略了爐子和工件內的溫度梯度。本文將工件和真空熱處理爐作為一個整體來研究,基于一商業的CFD軟件建立了一種三維真空熱處理爐瞬態溫度場的數值模型,該模型集成PID模塊的三維真空熱處理爐數值模型,考慮了熱物性參數的非線性因素,對工件加熱過程中的瞬態溫度場進行了模擬,并根據模擬結果對工藝進行了優化。該模型可為真空熱處理的生產提供參考依據。

　　建立了一種包涵PID控溫模塊的三維的真空熱處理爐瞬態傳熱的數值模型,利用該模型對真空熱處理爐內棒形工件的真空加熱過程進行了數值模擬分析,根據數值模擬結果提出了加熱工藝的改進意見。結果表明,對裝爐量不是很大且有序放置的小工件進行真空熱處理時,可以采用快速加熱工藝而不會引起工件的熱畸變,這樣可減少加熱時間,降低成本。對比了模擬值與實測值,表明二者吻合得較好。該模型可為真空熱處理的傳熱研究提供了一種有效的方法,并為真空熱處理的生產提供參考依據。