真空热处理炉传热的三维数值模拟

 　　真空热处理炉传热的三维数值模拟

　　为了分析真空热处理炉内加热工件的温度场,将包括工件在内的整个真空热处理炉作为模拟对象建立了一个三维的数值模型。该模型集成了一个控制炉温的PID模块,并且考虑了热物性参数的非线性因素。基于一商业软件,对工件、真空热处理炉的隔热层、加热管等的瞬态传热过程进行了数值模拟,并与实测值进行了对比,两者基本吻合。最后,根据模拟结果提出了优化的加热工艺参数。

　　真空热处理炉内的传热以辐射为主,在加热过程中炉膛比工件的升温速度快得多,故存在加热滞后现象。此外,由于工件之间相互遮蔽,形成加热器无法直接辐射到的暗辐射区,从而导致工件加热不均匀并产生温差。因此,为避免工件产生加热畸变,同时又不致因为加热速度太慢而引起晶粒长大和成本增加,需要研究真空炉内的传热规律,制定合适的加热工艺。常规用于确定加热工艺参数的实测法成本高、周期长。近年来,计算机模拟技术开始用于热处理加热过程的研究,但采用的多是两维模型、工件简单,而且忽略了炉子和工件内的温度梯度。本文将工件和真空热处理炉作为一个整体来研究,基于一商业的CFD软件建立了一种三维真空热处理炉瞬态温度场的数值模型,该模型集成PID模块的三维真空热处理炉数值模型,考虑了热物性参数的非线性因素,对工件加热过程中的瞬态温度场进行了模拟,并根据模拟结果对工艺进行了优化。该模型可为真空热处理的生产提供参考依据。

　　建立了一种包涵PID控温模块的三维的真空热处理炉瞬态传热的数值模型,利用该模型对真空热处理炉内棒形工件的真空加热过程进行了数值模拟分析,根据数值模拟结果提出了加热工艺的改进意见。结果表明,对装炉量不是很大且有序放置的小工件进行真空热处理时,可以采用快速加热工艺而不会引起工件的热畸变,这样可减少加热时间,降低成本。对比了模拟值与实测值,表明二者吻合得较好。该模型可为真空热处理的传热研究提供了一种有效的方法,并为真空热处理的生产提供参考依据。