内热式多级连续真空炉温度场的有限元分析

 内热式多级连续真空炉温度场的有限元分析

　内热式多级连续真空炉,因其处理流程短、产品质量高、几乎零污染等优点,广泛应用于二元合金的分离中。但真空炉内温度测量难度大,温度控制水平不高、效率低;对真空炉炉膛温度场的现有研究仍存在很多问题。用模拟仿真计算真空炉温度场各节点处的温度,对分离不同合金具有重要意义。采用有限元分析方法对内热式多级连续真空炉温度场进行研究;利用ANSYS软件对真空炉在持续加热下炉膛内温度场的分布进行模拟仿真,获得在未加料情况下炉膛内非稳态温度场的模拟分布图。经过具体试验,得到了炉膛主要节点的实测温度值。通过与模拟仿真值对比,在各给定点处的模拟温度值与实测温度值最大相对误差为4.2%。

　二元合金的分离主要是在真空环境下完成,这是因为,在真空环境下分离二元合金降低了金属的沸点,解决了部分金属在常温下难以分离的问题。内热式多级连续真空炉应用于多种二元合金的分离,特别在分离Sn-Pb二元合金中,因其处理流程短、产品质量高、几乎零污染等优点,得到广泛应用。然而对真空炉炉膛温度场的研究仍存在以下问题:①在真空高温环境下,提高炉膛内温度的测量精度存在困难;②现有研究(例如Al2O3真空碳热还原炉)瞬态温度场模拟计算中,只是将炉壁温度近似为炉体内部介质温度,忽略了空气介质的热传导;③不同合金的分离温度不同。基于此,本课题以炉膛内传热方式主要为辐射传热和热传导的内热式多级连续真空炉为研究对象,在传热学理论和相关研究的基础上,利用有限元数值仿真技术对炉膛内温度场变化情况进行求解,获得炉内温度场非线性、非耦合有限元建模;并利用ANSYS软件分别对两种传热方式进行温度场的模拟仿真;同时,在试验验证时,将双铂铑高温热电偶安装于炉膛内节点处,对炉膛主要节点进行温度测量,从而得出内热式多级连续真空炉炉膛内温度场的分布和模拟计算方法。