辊底式固溶炉流场及温度场的数值模拟分析

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随着有色金属技术的发展,铝合金的热处理技术已发展成为热处理学科中的一个重要组成部分。虽然经过国内外热处理工作者大量的研究工作,已经取得了相当大的成绩,但是热处理工艺的制定和设备的设计更多的是依赖于工程技术人员的经验以及反复的试验。此外,实际生产中用到的热处理工艺和设备往往不是最优,一方面影响到热处理质量,另一方面也造成资源浪费。  近年来,随着计算机计算能力的不断提高,以及计算流体力学(CFD)本身理论和方法的不断改进,计算精度的逐步提高,CFD已经被越来越多地应用到各个工程领域中。本文便是基于目前比较流行的商用CFD软件Fluent对铝合金热处理工艺中的固溶设备进行数值模拟,即探讨了省时省力的计算机模拟如何应用于固溶炉的数值研究中,又通过一定的数值实验并对比相关文献对固溶炉的热处理工艺和设备设计提出了一定的建议。  在热处理过程中,对流场的研究和控制正逐渐成为热处理行业新的研究方向。常用的固溶炉多为风机带动炉内气流循环流动,大多数文献中使用的计算模型不能反映风扇驱动的循环流动,本文引入FAN边界对炉内气体流动进行了循环流动分析,并对导风板不同高度下流场进行了模拟;在模拟的基础上提出了炉内流场的测试方案,对以后进行实地测量更好的验证数值模拟的可行性起到了指导作用。  另外,本文通过对耦合传热的分析,对固溶炉加热段和均热段的流体和工件同时作为研究对象建立了耦合传热数学模型,进行了温度场分析。在流体与工件的界面上换热系数作为计算结果出现,解决了过去计算工件内部温度场必须知道换热系数,而换热系数本身又非常复杂,难于测量的问题。对于整个炉体的温度场模拟也进行了成功的尝试,同时对恒流条件下的加热过程进行了一定的探究。  最后,通过数值模拟的分析,对固溶炉的改造提出了合理的建议,对固溶热处理设备的设计制造能起到指导作用,并对利用数值模拟手段进行相似的工程问题分析起到借鉴与批判的作用。
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