站用气瓶淬火冷却均匀性模拟

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随着中国汽车行业快速的发展及CNG双燃料动力汽车广泛使用,加气站站用气瓶的需求量增长迅速。站用气瓶是存储天然气的重要的工具,长期在“加载-卸载”的工作环境中,且直径尺寸大、长度长、容积大,其热处理工艺过程比较复杂。由于气瓶本身的几何结构特点及淬火设备及工业条件的限制,导致淬火冷却时的瓶体应力分布及组织分布不均匀,容易出现畸变爆裂等缺陷。因此保证站用气瓶淬火的均匀性和瓶体的淬透性对于气瓶的安全及寿命十分关键。  应用DIL805L相变淬火膨胀仪测量了气瓶钢材料30CrMo的CCT曲线,得到材料组织转变的临界温度,为后续淬火组织模拟提供数据基础。对大直径厚壁气瓶采用内外同时喷水的淬火方式,确定气瓶内腔科学合理的多喷嘴布局方案,确定了影响气瓶内部淬火均匀性的因素,建立正交试验方案,确定了合理的喷嘴组合;应用流体仿真软件 Fluent对淬火冷却过程中气瓶内部的流场和瓶体的温度场进行了数值模拟,根据模拟过程的监测点的温度变化及瓶内最大压力的变化确定了瓶内间歇喷水的停喷淬火工艺;对停喷工艺在冷却过程中的压力变化及气、液体积分数等进行对比分析,得出停喷泄压规律;通过对停喷工艺的温度场与最优模型进行冷却均匀性对比,得到停喷工艺瓶体温度场的分布。  将在Fluent中得到停喷工艺的压力和温度场数据作为载荷在Workbench中进行瓶体的应力应变分析,模拟得到主应力、等效应力、轴向及周向应力、等效应变等随着淬火过程的变化规律分布特点,得到瓶体比较容易变形和出现缺陷的位置。  结果表明:外壁面连续喷水内壁面间歇喷水工艺能够很好的调节淬火冷却过程瓶腔内的压力,控制冷却过程瓶腔内压力在安全范围以内;该工艺能够提高气瓶内壁面的温降速率,能够保证瓶体的淬透性。
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