[发明专利]一种基于FLUENT的辊式连续淬火过程温度场仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于FLUENT的辊式连续淬火过程温度场仿真方法，包括以下步骤：根据淬火机辊速和淬火机各冷却段相关参数，明确辊式淬火过程工艺机设备参数；采用FLUENT对各冷却段内钢板射流冲击冷却过程及钢板上表面滞留水流动冷却过程进行有限元分析，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，分析钢板在该冷却段内表面换热情况，获得钢板在该冷却段内换热边界条件；根据各冷却段内淬火工艺参数进行淬火实验，验证FLUENT获得的换热边界条件，进行修正；根据修正后的表面换热条件编写钢板表面换热载荷，获取实际辊式连续淬火过程温度场。本发明在保证仿真精度的前提下，有效降低实验成本，可以获得更加准确的辊式连续淬火过程温度场数据。

技术领域

本发明属于钢铁热处理技术领域，具体涉及一种基于FLUENT的辊式连续淬火过程温度场仿真方法。

背景技术

淬火可以显著提高钢板的强度和硬度，是生产高性能高附加值钢板的重要工序。近年来，中厚板企业热处理生产车间，通常采用辊式淬火机完成钢板淬火过程，中厚板辊式淬火相较于其他淬火方式有着明显的优势，辊式淬火过程中钢板在运动淬火，冷却强度大，淬火均匀，钢板可以以极高的冷速冷却到室温，生产效率高、产品质量好，是现代化中厚板热处理生产线首选设备。但辊式淬火工艺复杂，冷却过程控制难度大，而淬火工艺的合理性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尤其是对于辊式连续淬火过程温度场的计算是钢铁领域非常重要的问题。

现有对于辊式连续淬火过程温度场的研究，多采用实验法，通过实测钢板温降数据，利用反传热法计算平均对流换热系数，以平均对流换热系数作为边界条件计算淬火温度场，但该方法无法真实客观的反映钢板内部温度变化情况，模拟结果仅能提供定性分析并且灵活性较差，淬火工艺参数改变时需要重新进行工业实验，实验成本大；或者采用数值模拟的方法，直接仿真钢板移动淬火过程温度变化，该方法忽略了淬火初期因钢板表面温度较高而引起的沸腾换热影响，因此该研究方法误差较大。

发明内容

本发明旨在提供一种基于FLUENT的辊式连续淬火过程温度场仿真方法，以解决以往辊式连续淬火过程温度场研究中反传热法工业实验成本大、灵活性差、无法客观真实地反应钢板温度变化情况及直接数值仿真过程中未考虑沸腾传热而误差较大等缺点，在节省实验成本及保证仿真精度的前提下，仿真结果可真实客观地反应钢板温度变化情况，为淬火工艺的合理性提供判断依据。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于FLUENT的辊式连续淬火过程温度场仿真方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1收集并分析辊式淬火机的设备参数，明确辊式淬火工艺参数；

步骤2基于FLUENT建立钢板表面换热模型，对淬火工艺下钢板表面换热情况进行仿真，获取钢板表面对流换热系数；引入影响系数，即不同表面温度下钢板表面对流换热系数值与表面温度为设定值时钢板表面对流换热系数值的比值，通过钢板表面温度与影响系数之间的关系，获得钢板表面对流换热系数与钢板表面温度之间的关系式，以此作为钢板表面换热边界条件；

步骤3根据实际淬火工艺参数，进行钢板淬火实验，获取实验温度数据；根据步骤2获取的钢板表面换热边界条件对实验钢板温度场进行仿真，获取仿真温度数据；将实验温度数据与仿真温度数据进行对比分析，通过调整影响系数修正钢板表面换热边界条件，以缩小实验温度数据与仿真温度数据的差距；

步骤4根据修正后的钢板表面换热边界条件，通过用户自定义函数UDF编写钢板表面动态换热载荷，进行辊式连续淬火过程温度场仿真；

步骤5依据温度场仿真结果，分析实际问题。

优选地，步骤1中的淬火工艺参数包括：喷嘴的类型、布置形式、各喷嘴射流速度、射流高度、射流角度、钢板尺寸规格、钢种；所述的设备参数包括：辊速、各冷却段内喷嘴类型、不同冷却段间距、淬火机有效长度。