[發明專利]一種噴嘴射流沖擊淬火的移動平板溫度場仿真方法

在審

• 申請號: 202110604376.3
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113361159A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 龐玉華;楊一;楊偌旺;牛犇;董少若;趙嘉豪;劉東
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種噴嘴射流沖擊淬火的移動平板溫度場仿真方法，本發明基于不可壓縮流體流動的基本原理和流?熱?固耦合有限元方法，運用滑移網格技術，將運動中的工件內部的傳熱模擬與淬火介質流動模擬結合起來，建立了平板運動過程中受陣列交錯布置噴嘴射流沖擊淬火溫度場模型，從而可為制定合理淬火工藝提供依據，可預測平板移動淬火過程中平板溫度變化，為淬火工藝合理性提供判斷依據。根據模擬所得平板溫度隨時間的變化曲線，判斷該種工況下淬火工藝合理與否。

技術領域

本發明屬于熱處理技術領域，具體涉及一種噴嘴射流沖擊淬火的移動平板溫度場仿真方法。

背景技術

熱處理是鋼鐵加工和機械制造領域的基礎環節之一，淬火可以顯著提高鋼的強度和硬度，是生產高性能高附加值鋼板的重要工序，淬火工藝的合理與否主要取決于淬冷速度及鋼板冷卻的均勻性，因此，鋼板淬火溫度場的計算測量是鋼鐵加工和機械制造領域非常重要的問題。

實際鋼材熱處理車間，鋼板淬火多通過噴嘴進行冷卻，噴嘴的布置方式能夠通過為多排布置，每一個噴嘴的截面為圓形，也能夠采用縫隙噴嘴進行冷卻；其中多排圓形直接噴射到高溫鋼板表面進行冷卻，這是一種極為有效地強化傳熱方式，其換熱系數相比傳統的浸入式高出幾倍甚至一個數量級，改善了換熱效果，因此，得到了越來越廣泛的應用。實際淬火生產中，噴嘴通常是多排交錯布置，鋼板表面受高壓水射流沖擊作用溫度迅速降低，鋼板冷速、冷卻均勻性難以控制。而縫隙噴嘴也是一種具有強冷卻能力的噴嘴冷卻方式，通常布置在淬火機的入口段，鋼板表面受高壓水射流沖擊作用迅速降低，上述無論是那種噴嘴的布置冷卻方式，鋼板冷速、冷卻均勻性難以控制。

目前，在對淬火溫度場數值模擬中普遍采用的是有限元法和有限差分法，而且多數情況下無法獲得準確的邊界條件，因此，多采用反傳熱法計算對流傳熱系數，從而獲得淬火溫度場的解，由于溫度場的邊界條件由實驗測定，試驗數據的準確性直接反映溫度場模擬精度，并且邊界條件通常是采用平均對流換熱系數表征，不能真實反映鋼板各個位置變化規律。此外，隨著計算水平的發展，隨著計算機的高速發展，出現很多數值模擬算法軟件，如ANSYS、MARC、DEFORM等，因此，隨后主流研究方法均是采用有限元仿真來分析淬火溫度場，通過軟件建立溫度場模型，經溫度場的計算可得知鋼板內部溫度分布和變化規律。現有針對鋼板移動淬火溫度場模型一般是通過對單個噴嘴下射流沖擊換熱進行仿真，將單個噴嘴換熱情況應用在實際工作條件中，該方法忽略鋼板移動速度對表面換熱系數、熱流密度的影響，忽略了各個噴嘴之間對流場結構的影響，對于射流沖擊換熱而言，換熱情況歸根到底是由流場流動結構決定的，因此，該方法所求解溫度場結果誤差較大。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種噴嘴射流沖擊淬火的移動平板溫度場仿真方法，以解決以往淬火溫度場模擬方法中試驗成本高、靈活性差及未考慮平板移速等缺點。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種噴嘴射流沖擊淬火的移動平板溫度場仿真方法，包括以下步驟：

步驟1，建立冷卻模型，所述冷卻模型包括冷卻區域和平板，平板在冷卻區域中，冷卻區域中設置有水冷區；水冷區通過噴嘴冷卻，所述噴嘴冷卻方式為縫隙冷卻或圓形噴嘴冷卻；

步驟2，將水冷區劃分為流體域和固體域，所述固體域為平板所在的區域，對流體域和固體域進行布爾相減，分離流體域和固體域；

步驟3，對固體域中的平板和平板周圍的流體域分別進行網格劃分；網格劃分時，同時定義平板前的板材為前引導板，平板后的板材為后引導板2；

步驟4，定義平板材料和環境介質材料，所述環境介質材料中淬火介質為水；

步驟5，設置平板的邊界條件，賦予初始值；

步驟6，通過多相流模型及湍流模型對流體域和固體域進行仿真，求解兩個模型后，獲得平板的仿真溫度場。

本發明的進一步改進在于：