[发明专利]一种基于ANSYS的高温碳化炉多场耦合应力分布模拟方法

说明书

一种基于ANSYS的高温碳化炉多场耦合应力分布模拟方法，涉及到高温碳化炉的设计分析方法技术领域。解决现有技术在高温碳化炉设计阶段无法测试不同炉腔材料的应力特性的技术问题，采用方案为：建立三维仿真模型，将流体计算域与结构计算域分别传递到ICEM软件的Blocking模块和Mesh软件中进行网格划分，在ANSYS软件的FLUENT模块进行设置，传递到ANSYS软件，在Imported Load选项中将温度分布结果导入，并在Solution选项中仿真运算得到不同温度时马弗结构的应力分布特性，在相同设置条件下，通过设置不同工作温度与气流速度重复进行多次模拟计算，判定不同温度与气流速度时高温碳化炉应力分布状态，可以更好的预测炉腔结构性能，以此设计高温碳化炉马弗腔体结构和运行工艺参数的依据。

技术领域

本发明涉及到高温碳化炉的设计分析方法技术领域。

背景技术

碳纤维生产属于高耗能产业，其中的高温碳化炉是碳纤维生产设备中的耗能大户之一，同时，高温碳化炉也是碳纤维生产的关键设备，高温碳化炉是指工作温度为1000℃-1600℃的碳化炉，主要用于对预氧丝进行高温碳化，使其转化为碳元素含量大于90%的碳纤维。T300碳纤维的碳化温度约为 1350℃-1450℃，T800碳纤维约为1400℃-1600℃，生产更高强度的碳纤维需要进一步提高碳化温度。其中，炉腔是高温碳化炉的关键部件，长期工作在1000℃到1600℃的高温环境，受热有较大的变形，由于各处温度不同，存在着温差应力和变形，其气密性、寿命、变形、局部应力等极大的影响着高温碳化炉的性能和使用寿命。并且，马弗腔内的温度均匀性，温差的大小，对最终碳纤维的质量和稳定性有着巨大的影响，特别是马弗腔在炉腔中部有较大变形，导致炉腔与纤维接触，对纤维产生一定的磨损；因此，有必要对高温碳化炉的马弗腔的内部温度变化对腔体材料应力特性产生的影响进行分析。

发明内容

综上所述，本发明的目的在于解决现有技术在高温碳化炉设计阶段无法测试不同炉腔材料的应力特性的技术问题，而提出一种基于ANSYS的高温碳化炉多场耦合应力分布模拟方法。

为解决本发明所提出的技术问题，采用的技术方案为:

一种基于ANSYS的高温碳化炉多场耦合应力分布模拟方法，其特征在于所述模拟方法包括有如下步骤：

（1）、采用三维计算机辅助设计软件SOLIDWORKS软件建立高温碳化炉马弗腔体流体计算域和炉腔结构的三维仿真模型，设定高温碳化炉马弗腔体流体计算域和炉腔体结构的三维仿真模型的进出口与壁面边界条件；包括：马弗腔体结构几何形状和几何尺寸参数；

（2）、将步骤（1）建立的高温碳化炉马弗腔体流体计算域的三维仿真模型传递到ICEM软件的Blocking模块中，在Blocking模块中采用O-Block方式对高温碳化炉马弗腔体流体计算域的三维仿真模型进行网格划分，对靠近炉腔壁面处进行网格加密，同时保证整体结构的网格质量大于0.5；将炉腔结构的三维仿真模型传递到网格划分软件Mesh，在Mesh中采用Sweep方式对三维仿真模型进行网格划分，对靠近炉腔壁面处进行网格加密，同时保证整体结构的网格质量大于0.5。

（3）、将步骤（2）中网格划分好的高温碳化炉马弗腔体流体计算域三维仿真模型导入ANSYS软件的FLUENT模块，并对FLUENT模块进行设置，在Boundary Conditions选项中设置进口气流速度，出口压力值，壁面条件，在Models选项中设定湍流模型与传热模型；