金属热处理是复杂的多场耦合非线性物理过程.气-固、液-固界面的换热是热处理数值模拟必须首先解决的难题,也是热处理工艺设计、热处理设备设计的基础.仅以热处理工件为研究对象、通过设定界面换热系数的来确定界面换热的传统方法不可避免会带来较大的误差,显著影响模拟精度.流体力学和传热学领域中有关“耦合换热”的一系列研究成果是破解现有热处理模型中所遇到难题的有效途径.本文首先简要归纳前人有关“耦合换热”的研究成果,在此基础上首次提出了扩展求解域的热处理模型.它将温度场的求解域扩展到加热或冷却的热处理工件及其周围环境.例如在加热过程中,考虑炉体、炉膛、发热体、所有的炉内构件,如工装夹具,作为一个整体进行计算.炉膛空间内进行流场与温度场耦合计算,用壁面函数法处理流场与固体之间换热,多物体多表面之间的辐射热交换用离散坐标法处理.固体区域的内部进行温度场与相变的耦合计算,各物体(子域)界面上的热流密度和温度是耦合换热的计算结果而不是预设定的边界条件,避免了现有的热处理模型中预先设定工件表面的边界条件所遇到的困难和不确定性,有助于更接近于实际生产的情况.最后,以新型罩式渗氮炉的设计为例,运用扩展求解域的热处理数值模拟方法成功地进行了设备虚拟设计,证明了该模型具有的巨大的优越性.作为热处理数值模拟的重要进展之一,扩展求解域热处理模型还很不成熟,尚有许多地方需完善.