三层炉辊输送T-6热处理固溶炉内温度场的数值分析

论文摘要

本文针对沈阳东大三建工业炉制造有限公司研发产品——三层炉辊输送T-6热处理固溶炉进行炉内温度分布和工件升温的数值分析研究。该炉用于铝合金压铸件的连续性固溶处理,炉内温度分布情况将直接影响被处理工件的热处理质量。为此,对该炉炉内温度分布的研究具有理论和实用意义。由于影响炉内温度分布的因素很多且十分复杂,对其进行大规模的工程实验研究比较困难,随着计算机技术的发展,借助计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,简称CFD）为基础的数值分析方法使之成为可能。本论文利用计算流体软件Fluent建立三层炉辊输送T-6热处理固溶炉炉内温度场传热和工件导热的数学模型,并采用k-ε紊流模型。作者参照一实际炉型,按1：1比例构建计算用物理模型,在处理工件数量不变的前提下,对该热处理炉内温度场特性及工件升温过程进行分析研究,获得炉内温度分布规律,并根据不同的边界条件得出多组温度分布图。据此对该类炉型进行操作参数改善性整定,进而改善炉内温度场分布及工件的升温状态,提高工件热处理质量。本文的研究结果对于同类炉型设计具有一定的参考价值,对实际操炉过程亦有一定指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 加热炉的分类
• 1.2.1 按工作温度分
• 1.2.2 按工作方式分
• 1.2.3 按热源和加热方式分
• 1.2.4 按加热介质分
• 1.2.5 按炉型结构分
• 1.3 三层炉辊传输T6热处理炉
• 第2章 CFD技术及其计算软件介绍
• 2.1 计算流体动力学概述
• 2.1.1 什么是计算流体动力学
• 2.1.2 计算流体动力学的工作步骤
• 2.1.3 计算流体动力学的特点
• 2.2 CFD的求解过程
• 2.2.1 总体计算流程
• 2.2.2 建立控制方程
• 2.2.3 确定边界条件与初始条件
• 2.2.4 划分计算网格
• 2.2.5 建立离散方程
• 2.2.6 离散初始条件和边界条件
• 2.2.7 给定求解控制参数
• 2.2.8 求解离散方程
• 2.2.9 判断解的收敛性
• 2.2.10 显示和输出计算结果
• 2.3 CFD软件介绍
• 2.3.1 CFD软件结构
• 2.3.2 常用的CFD商用软件
• 2.3.3 FLUENT计算软件
• 第3章 数学模型的研究
• 3.1 流体运动的基本方程组
• 3.2 湍流数学模型
• 3.2.1 直接数值模拟（DNS）简介
• 3.2.2 大涡模拟（LES）简介
• 3.2.3 Reynolds平均法（RANS）简介
• 3.3 边界条件
• 3.3.1 固壁条件与壁面函数
• 3.3.2 进口条件
• 3.3.3 对称性条件
• 3.3.4 出口条件
• 3.4 数值方法
• 3.4.1 网格划分
• 3.4.2 微分方程组的离散
• 3.4.3 空间离散的高阶离散格式（二阶迎风格式）
• 3.4.4 基于SIMPLE算法的流场数值计算
• 第4章 三层炉辊输送T6热处理固溶炉基本结构及网格生成
• 4.1 三层炉辊输送T6热处理固溶炉基本结构
• 4.2 三层炉辊输送T6热处理固溶炉加热段数学模型的建立
• 4.2.1 合理的假设和简化
• 4.2.2 炉内热过程数学模型的建立
• 4.3 网格生成
• 4.3.1 物理模型
• 4.3.2 生成网格
• 4.3.3 初始条件的设置
• 第5章 数值计算结果及分析
• 5.1 初始条件下炉内各截面温度场分布
• 5.2 改变烟气温度炉内各截面温度场的分布
• 5.3 改变烟气流速炉内各截面温度场的分布
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢