WZ系列高压气淬炉风冷系统关键技术研究

论文摘要

高压气体淬火是二十一世纪最有前景的真空热处理技术之一。它具有无氧化、无脱碳、无污染等特点,热处理后零件表面质量好、变形相对较小、综合力学性能优异等优点,近几十年来始终是热处理技术发展的热点。本论文将流体力学、计算流体力学和数值模拟技术等学科相结合,对高压气体淬火风冷系统进行了设计与数值模拟研究。在风冷系统中,对风机的要求很高。叶轮是离心风机中最重要的、也是结构最为复杂的部件,实现气体输送功能。本文对离心式后向圆弧叶片风机叶轮进行重要参数的分析与设计,绘制理论计算性能曲线;采用计算流体技术,通过CFD数值计算模拟叶轮内部的流场,进行各种理想状态下的数值实验,并在试验中进行验证,大大节省研究费用,缩短研究周期。因此,采用适当的计算方法对叶轮机械流场特性进行数值分析,优化离心式风机性能有重要的意义。此外,运用CFD对风冷系统的风道、喷嘴流场进行了数值模拟,考察了风管盲端切角、喷嘴到风管盲端的距离、喷嘴长度、喷嘴进口端圆角、喷嘴形状等因素对喷嘴出流速度的影响。模拟结果表明,采用圆锥形喷嘴和增大喷嘴进口端圆角均可改善风冷效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 高压气体淬火概述
• 1.1.1 影响高压气体淬火的主要因素
• 1.1.2 高压气体淬火风冷系统
• 1.2 风冷系统叶轮研究现状
• 1.3 数值模拟技术在叶轮机械中的应用
• 1.4 本文的主要研究内容及方法
• 第二章 风机叶轮设计理论与方法
• 2.1 引言
• 2.2 叶轮理论基础
• 2.2.1 特性参数
• 2.2.2 风机理想状态下的性能曲线
• 2.3 风机叶轮的相似设计
• 2.3.1 叶轮设计影响因素分析及气动力计算
• 2.3.2 风机结构型式
• 2.4 考虑损失后的性能曲线
• 2.5 本章小结
• 第二章 风机叶轮的流场模拟及数值研究
• 3.1 引言
• 3.2 CFD技术在风机叶轮中的应用
• 3.3 CFD的求解流程
• 3.4 叶轮流动模型的确定
• 3.4.1 湍流模型的介绍
• 3.4.2 模型控制方程
• 3.5 叶轮内部流场数值模拟
• 3.5.1 叶轮几何模型建立
• 3.5.2 网格划分生成
• 3.5.3 计算边界条件的设置
• 3.5.4 定义工作介质
• 3.5.5 叶轮内部流场数值模拟
• 3.5.6 数值计算结果与试验结果对比
• 3.6 模拟结果分析及叶轮优化设计
• 3.6.1 模拟结果分析
• 3.6.2 叶轮优化设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 风道流场的数值模拟与分析
• 4.1 引言
• 4.2 高压气淬风道流动的理论研究
• 4.3 风道中气体流动的数值模拟
• 4.4 风道的设计参数对喷嘴出流速度的影响
• 4.4.1 风道盲端切角大小对喷嘴出流速度的影响
• 4.4.2 喷嘴长度对出流速度的影响
• 4.4.3 喷嘴到风管盲端距离对喷嘴出流速度的影响
• 4.4.4 喷嘴进气口端圆角对其出流速度的影响
• 4.4.5 喷嘴形状对其出流速度的影响
• 4.5 高压气淬炉膛中流场模拟
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢