[發明專利]一種基于FLUENT的輥式連續淬火過程溫度場仿真方法

在審

• 申請號: 202111145162.0
• 申請日: 2021-09-28
• 公開（公告）號: CN113935209A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 王從道;龐玉華;劉東;陶鑣;楊一
• 申請（專利權）人: 南京鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;C21D11/00;C21D9/00;C21D1/18
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 艾中蘭;任立

本發明公開了一種基于FLUENT的輥式連續淬火過程溫度場仿真方法，包括以下步驟：根據淬火機輥速和淬火機各冷卻段相關參數，明確輥式淬火過程工藝機設備參數；采用FLUENT對各冷卻段內鋼板射流沖擊冷卻過程及鋼板上表面滯留水流動冷卻過程進行有限元分析，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，分析鋼板在該冷卻段內表面換熱情況，獲得鋼板在該冷卻段內換熱邊界條件；根據各冷卻段內淬火工藝參數進行淬火實驗，驗證FLUENT獲得的換熱邊界條件，進行修正；根據修正后的表面換熱條件編寫鋼板表面換熱載荷，獲取實際輥式連續淬火過程溫度場。本發明在保證仿真精度的前提下，有效降低實驗成本，可以獲得更加準確的輥式連續淬火過程溫度場數據。

技術領域

本發明屬于鋼鐵熱處理技術領域，具體涉及一種基于FLUENT的輥式連續淬火過程溫度場仿真方法。

背景技術

淬火可以顯著提高鋼板的強度和硬度，是生產高性能高附加值鋼板的重要工序。近年來，中厚板企業熱處理生產車間，通常采用輥式淬火機完成鋼板淬火過程，中厚板輥式淬火相較于其他淬火方式有著明顯的優勢，輥式淬火過程中鋼板在運動淬火，冷卻強度大，淬火均勻，鋼板可以以極高的冷速冷卻到室溫，生產效率高、產品質量好，是現代化中厚板熱處理生產線首選設備。但輥式淬火工藝復雜，冷卻過程控制難度大，而淬火工藝的合理性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尤其是對于輥式連續淬火過程溫度場的計算是鋼鐵領域非常重要的問題。

現有對于輥式連續淬火過程溫度場的研究，多采用實驗法，通過實測鋼板溫降數據，利用反傳熱法計算平均對流換熱系數，以平均對流換熱系數作為邊界條件計算淬火溫度場，但該方法無法真實客觀的反映鋼板內部溫度變化情況，模擬結果僅能提供定性分析并且靈活性較差，淬火工藝參數改變時需要重新進行工業實驗，實驗成本大；或者采用數值模擬的方法，直接仿真鋼板移動淬火過程溫度變化，該方法忽略了淬火初期因鋼板表面溫度較高而引起的沸騰換熱影響，因此該研究方法誤差較大。

發明內容

本發明旨在提供一種基于FLUENT的輥式連續淬火過程溫度場仿真方法，以解決以往輥式連續淬火過程溫度場研究中反傳熱法工業實驗成本大、靈活性差、無法客觀真實地反應鋼板溫度變化情況及直接數值仿真過程中未考慮沸騰傳熱而誤差較大等缺點，在節省實驗成本及保證仿真精度的前提下，仿真結果可真實客觀地反應鋼板溫度變化情況，為淬火工藝的合理性提供判斷依據。

為了達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種基于FLUENT的輥式連續淬火過程溫度場仿真方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1收集并分析輥式淬火機的設備參數，明確輥式淬火工藝參數；

步驟2基于FLUENT建立鋼板表面換熱模型，對淬火工藝下鋼板表面換熱情況進行仿真，獲取鋼板表面對流換熱系數；引入影響系數，即不同表面溫度下鋼板表面對流換熱系數值與表面溫度為設定值時鋼板表面對流換熱系數值的比值，通過鋼板表面溫度與影響系數之間的關系，獲得鋼板表面對流換熱系數與鋼板表面溫度之間的關系式，以此作為鋼板表面換熱邊界條件；

步驟3根據實際淬火工藝參數，進行鋼板淬火實驗，獲取實驗溫度數據；根據步驟2獲取的鋼板表面換熱邊界條件對實驗鋼板溫度場進行仿真，獲取仿真溫度數據；將實驗溫度數據與仿真溫度數據進行對比分析，通過調整影響系數修正鋼板表面換熱邊界條件，以縮小實驗溫度數據與仿真溫度數據的差距；

步驟4根據修正后的鋼板表面換熱邊界條件，通過用戶自定義函數UDF編寫鋼板表面動態換熱載荷，進行輥式連續淬火過程溫度場仿真；

步驟5依據溫度場仿真結果，分析實際問題。

優選地，步驟1中的淬火工藝參數包括：噴嘴的類型、布置形式、各噴嘴射流速度、射流高度、射流角度、鋼板尺寸規格、鋼種；所述的設備參數包括：輥速、各冷卻段內噴嘴類型、不同冷卻段間距、淬火機有效長度。