论文部分内容阅读
喷雾冷却是一种新型的换热方式,相比于传统冷却方式,其换热能力强、冷却均匀、没有沸腾滞后、与散热表面无接触热阻等优点,喷雾冷却在金属及其合金的淬火领域将具有广阔的应用前景。但是喷雾冷却的换热机理比较复杂,国内相关方面的研究迄今还不成熟。本文采用反传热法求解喷雾淬火过程的表面换热系数,然后在试验的基础上研究喷雾冷却过程中喷嘴入口压力参数对表面换热的影响,分析其换热机理,并与常用的冷却介质喷水、喷油淬火的表面换热进行比较。以求取的换热系数为边界条件,利用有限元软件对喷雾淬火冷却过程进行数值模拟,最后试验验证计算得到的换热系数的准确性。本文借助GCr15钢圆柱体试件在喷雾淬火冷却试验中得到的冷却曲线,通过反传热法计算得到试件喷雾淬火过程中的表面换热系数曲线。结果显示,喷雾淬火过程中喷嘴入口压力为7MPa、8Mpa和9MPa时,换热系数分别在500℃、420℃和350℃达到最大值,最大值分别为6600W.m-2.℃-1、7200W.m-2℃-1、8000W.m-2.℃-1。因此,不同压力下喷雾淬火过程表面换热系数的最大值随着喷嘴入口压力的增大而增大,喷雾换热过程中的核沸腾区也随着压力的增大而延长。由喷雾淬火过程表面换热系数与喷水和喷油淬火冷却过程表面换热系数进行比较得出,喷水淬火的表面换热系数最大9800W.m-2.℃-1,喷油淬火的表面换热系数最小为4390W.m-2.℃-1,三个压力下的喷雾淬火的换热系数的最大值都介于喷水与喷油之间。本文利用有限元软件COSMAP作为模拟平台,综合考虑温度场、组织场、应力场三场耦合作用,建立了淬火过程三维非线性有限元模型,以计算得到的喷雾淬火过程的表面换热系数为边界条件,对GCr15末端淬火试样的喷雾淬火过程进行了数值模拟,得到了淬火过程中温度场、组织场、应力场以及硬度场的分布规律。最后为验证换热系数的准确性,试验测定了7MPa喷雾淬火后试件的冷却曲线、组织分布以及硬度分布,将试验值与模拟计算值进行了验证分析,结果表明：冷却过程中三维温度场、硬度场以及组织场的模拟值与试验值吻合较好,从而证明计算得到的表面换热系数的合准确性。