亚洲日韩精品一区二区二三区四区_日本精品一区二区三区在线观看_中文字幕永久在线视频网_久久的视频在视频精品观看久久_欧美一区二区三区爱爱精品视频 _亚洲免费日韩无码系列_中文字幕资源站第一页_五月婷婷六月丁香自拍偷拍_好深好紧好真爽免费视频_精品无码AV一二三一区日韩专区

關鍵字： 大型筒體；差溫熱處理；有限元模擬；界面換熱系數 摘　要： 本文通過在加熱過程引入修正換熱系數，采用逆運算法，模擬筒體加熱過程，通過計算機模擬確定試驗過程的各項參數，研究筒體加熱過程中溫度以及綜合換熱系數的變化，對工程技術人員設計相關的熱處理工藝具有實踐指導意義。

大型鑄鍛件由于形大體重，生產品種多數量少，工序多周期長，而且產品質量要求高，生產技術管理復雜，所以后續熱處理非常重要。由于大型鍛件的熱處理一般在井式爐中進行，所以井式爐的加熱性能是熱處理過程的關鍵，但是其工藝特點決定了試驗成本較高。而計算機模擬具有快速、低成本特點，因此利用計算機模擬大型鑄鍛件的熱處理過程具有極大優勢。本文通過在加熱過程引入修正換熱系數，采用逆運算法，模擬筒體加熱過程，通過計算機模擬確定試驗過程的各項參數，研究筒體加熱過程中溫度以及綜合換熱系數的變化，對工程技術人員設計相關的熱處理工藝具有實踐指導意義。

1 筒體加熱試驗

試驗對外形尺寸為φ1940mm×φ1240mm×3200mm的2.25Cr1Mo鋼筒形工件圖1進行加熱，工件放置在托盤上，上面加蓋12mm厚的鋼板封口，并在鋼板表面覆蓋兩層保溫棉，目的是盡量避免上部的輻射對工件內表面的影響。在距離工件下端1420mm處的內外壁各加裝接觸熱電偶1支，外壁熱電偶標為1號，內壁為2號。所用的加熱爐由6個筒節構成，在每個硅酸鋁纖維筒體設置一個電偶測溫孔以測量爐氣的溫度，熱電偶放入深度200mm。其中測量爐氣溫度的8號熱電偶與測量工件表面溫度的1號、2號熱電偶放置在同一高度，爐氣升溫曲線如圖2所示。預熱階段加熱保溫過程全部在差溫爐中進行，將爐氣溫度由室溫經135min升高到300℃，保溫120min后，以50℃/h的速度升高到550℃，再保溫240min，此后，按1000kw的全功率向1050℃升溫，同時必須注意工件表面的1號熱電偶在加熱過程中不超過960℃，否則停止全功率升溫，以防止工件過燒。出爐時先打開爐蓋讓橫銷降溫到800℃左右，吊出空冷。

工件加熱20h后出爐，筒體熱處理過程中表面及爐氣溫度曲線如圖3所示。由圖3可以看出熱處理過程中內外表面及爐氣溫度的變化。爐氣在預熱過程初期，由于爐體內溫度低，加熱功率較大，空間加熱有一定的滯后性，爐氣溫度有一定的波動，在進入保溫過程之后，爐氣的溫度與設定值之間沒有差別，而高速升溫階段爐氣溫度則取決于爐體的加熱性能，爐氣溫度升溫較快。筒體的外表面比內表面溫度上升快，在預熱段，溫度上升較慢，內外表面溫度差異不大，約80℃。進入高速升溫初期，外表面溫度上升較快，內外表面溫度差異變大，加熱1100分，內外表面溫差為220℃，表明差溫爐具有差溫效果。

2 筒體加熱過程模擬分析

建立筒體的實體模型，根據計算區域的邊界特性設定適當的坐標系，用離散的網格代替筒體的連續空間，網格中的節點則是所求解溫度場和淬硬層的幾何位置。輸入2.25Cr1Mo鋼等材料的熱物性參數，采用用戶子程序的方式處理加熱過程的換熱系數變化。

由于工件是軸對稱形狀，為了提高運算效率，取其截面作為研究對象，將三維實體簡化為二維模型；因為工件水平放置，在截面上也存在軸對稱性，故只需研究截面的單位長度即可。為了提高表面溫度場的可研究性，并考慮計算的準確性和迅速性，筒體外表面采用較小單元，越接近內表面單元尺寸越大。通過對不同大小單元的實際計算發現，當相鄰單元尺寸差在10倍以上時，明顯影響到傳熱過程的計算精度，因此在實際建模時，將相鄰單元尺寸變化控制在5倍以內，實現了單元網格的優化。具體模型如圖4所示。

爐內加熱、冷卻過程較為緩慢，表面換熱不受材料導熱能力的限制，僅取決于環境和工件條件，可以按對流換熱與輻射換熱直接計算表面的換熱系數，計算步驟如下^[7]。

式中，H_k為對流換熱系數，λ₀為介質的導熱率；h為工件尺寸(m)，以軸件為例，垂直時取軸長，水平時取直徑；Nu為Nusselt數。

式中，Gr為Grashof數，Pr為Prandtl數，C、n為常數,與爐體結構有關。所以輻射換熱系數H_r為：

式中，t_c、t_w分別是爐氣溫度和鍛件的表面溫度，ε為輻射率，由下式推算

式中，ε。為爐膛耐火材料輻射率，一般取0.82；ε_w為工件表面輻射率，隨溫度而變化，一般取0.8。式中，A₀、A_w相應為工件、爐膛表面面積。輻射換熱系數與對流換熱系數之和即為總換熱系數H：

按照這種方法計算的換熱系數在鋼錠或鍛件加熱模擬計算中已經得到廣泛的應用，其公式的適用性在工程中得到認可。但由于具體的爐體條件，加熱條件不同，在應用這個公式進行計算時還需采用一定的修正，即引入換熱修正系數H_a，利用有限元方法逆算求得H_a，獲得總的換熱系數Hˊ：