[发明专利]一种喷嘴射流冲击淬火的移动平板温度场仿真方法

说明书

本发明公开了一种喷嘴射流冲击淬火的移动平板温度场仿真方法，本发明基于不可压缩流体流动的基本原理和流‑热‑固耦合有限元方法，运用滑移网格技术，将运动中的工件内部的传热模拟与淬火介质流动模拟结合起来，建立了平板运动过程中受阵列交错布置喷嘴射流冲击淬火温度场模型，从而可为制定合理淬火工艺提供依据，可预测平板移动淬火过程中平板温度变化，为淬火工艺合理性提供判断依据。根据模拟所得平板温度随时间的变化曲线，判断该种工况下淬火工艺合理与否。

技术领域

本发明属于热处理技术领域，具体涉及一种喷嘴射流冲击淬火的移动平板温度场仿真方法。

背景技术

热处理是钢铁加工和机械制造领域的基础环节之一，淬火可以显著提高钢的强度和硬度，是生产高性能高附加值钢板的重要工序，淬火工艺的合理与否主要取决于淬冷速度及钢板冷却的均匀性，因此，钢板淬火温度场的计算测量是钢铁加工和机械制造领域非常重要的问题。

实际钢材热处理车间，钢板淬火多通过喷嘴进行冷却，喷嘴的布置方式能够通过为多排布置，每一个喷嘴的截面为圆形，也能够采用缝隙喷嘴进行冷却；其中多排圆形直接喷射到高温钢板表面进行冷却，这是一种极为有效地强化传热方式，其换热系数相比传统的浸入式高出几倍甚至一个数量级，改善了换热效果，因此，得到了越来越广泛的应用。实际淬火生产中，喷嘴通常是多排交错布置，钢板表面受高压水射流冲击作用温度迅速降低，钢板冷速、冷却均匀性难以控制。而缝隙喷嘴也是一种具有强冷却能力的喷嘴冷却方式，通常布置在淬火机的入口段，钢板表面受高压水射流冲击作用迅速降低，上述无论是那种喷嘴的布置冷却方式，钢板冷速、冷却均匀性难以控制。

目前，在对淬火温度场数值模拟中普遍采用的是有限元法和有限差分法，而且多数情况下无法获得准确的边界条件，因此，多采用反传热法计算对流传热系数，从而获得淬火温度场的解，由于温度场的边界条件由实验测定，试验数据的准确性直接反映温度场模拟精度，并且边界条件通常是采用平均对流换热系数表征，不能真实反映钢板各个位置变化规律。此外，随着计算水平的发展，随着计算机的高速发展，出现很多数值模拟算法软件，如ANSYS、MARC、DEFORM等，因此，随后主流研究方法均是采用有限元仿真来分析淬火温度场，通过软件建立温度场模型，经温度场的计算可得知钢板内部温度分布和变化规律。现有针对钢板移动淬火温度场模型一般是通过对单个喷嘴下射流冲击换热进行仿真，将单个喷嘴换热情况应用在实际工作条件中，该方法忽略钢板移动速度对表面换热系数、热流密度的影响，忽略了各个喷嘴之间对流场结构的影响，对于射流冲击换热而言，换热情况归根到底是由流场流动结构决定的，因此，该方法所求解温度场结果误差较大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种喷嘴射流冲击淬火的移动平板温度场仿真方法，以解决以往淬火温度场模拟方法中试验成本高、灵活性差及未考虑平板移速等缺点。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种喷嘴射流冲击淬火的移动平板温度场仿真方法，包括以下步骤：

步骤1，建立冷却模型，所述冷却模型包括冷却区域和平板，平板在冷却区域中，冷却区域中设置有水冷区；水冷区通过喷嘴冷却，所述喷嘴冷却方式为缝隙冷却或圆形喷嘴冷却；

步骤2，将水冷区划分为流体域和固体域，所述固体域为平板所在的区域，对流体域和固体域进行布尔相减，分离流体域和固体域；

步骤3，对固体域中的平板和平板周围的流体域分别进行网格划分；网格划分时，同时定义平板前的板材为前引导板，平板后的板材为后引导板2；

步骤4，定义平板材料和环境介质材料，所述环境介质材料中淬火介质为水；

步骤5，设置平板的边界条件，赋予初始值；

步骤6，通过多相流模型及湍流模型对流体域和固体域进行仿真，求解两个模型后，获得平板的仿真温度场。

本发明的进一步改进在于：