內熱式多級連續真空爐溫度場的有限元分析

 內熱式多級連續真空爐溫度場的有限元分析

　內熱式多級連續真空爐,因其處理流程短、產品質量高、幾乎零污染等優點,廣泛應用于二元合金的分離中。但真空爐內溫度測量難度大,溫度控制水平不高、效率低;對真空爐爐膛溫度場的現有研究仍存在很多問題。用模擬仿真計算真空爐溫度場各節點處的溫度,對分離不同合金具有重要意義。采用有限元分析方法對內熱式多級連續真空爐溫度場進行研究;利用ANSYS軟件對真空爐在持續加熱下爐膛內溫度場的分布進行模擬仿真,獲得在未加料情況下爐膛內非穩態溫度場的模擬分布圖。經過具體試驗,得到了爐膛主要節點的實測溫度值。通過與模擬仿真值對比,在各給定點處的模擬溫度值與實測溫度值最大相對誤差為4.2%。

　二元合金的分離主要是在真空環境下完成,這是因為,在真空環境下分離二元合金降低了金屬的沸點,解決了部分金屬在常溫下難以分離的問題。內熱式多級連續真空爐應用于多種二元合金的分離,特別在分離Sn-Pb二元合金中,因其處理流程短、產品質量高、幾乎零污染等優點,得到廣泛應用。然而對真空爐爐膛溫度場的研究仍存在以下問題:①在真空高溫環境下,提高爐膛內溫度的測量精度存在困難;②現有研究(例如Al2O3真空碳熱還原爐)瞬態溫度場模擬計算中,只是將爐壁溫度近似為爐體內部介質溫度,忽略了空氣介質的熱傳導;③不同合金的分離溫度不同。基于此,本課題以爐膛內傳熱方式主要為輻射傳熱和熱傳導的內熱式多級連續真空爐為研究對象,在傳熱學理論和相關研究的基礎上,利用有限元數值仿真技術對爐膛內溫度場變化情況進行求解,獲得爐內溫度場非線性、非耦合有限元建模;并利用ANSYS軟件分別對兩種傳熱方式進行溫度場的模擬仿真;同時,在試驗驗證時,將雙鉑銠高溫熱電偶安裝于爐膛內節點處,對爐膛主要節點進行溫度測量,從而得出內熱式多級連續真空爐爐膛內溫度場的分布和模擬計算方法。