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基于Fluent的合金化炉保温段温度场的数值模拟
论文题目：基于Fluent的合金化炉保温段温度场的数值模拟
引言：
熔铸生产是冶金行业中常用的一种生产过程，合金化炉作为其中的重要设备之一，其保温性能直接影响到熔铸过程的质量和效率。熔铸生产过程中，温度场的分布是影响工艺控制和熔铸质量的关键因素，因此对于合金化炉保温段温度场的数值模拟研究具有重要的理论和实际意义。
本文基于Fluent软件，建立了合金化炉保温段的三维数值模型，通过对保温段的温度场进行模拟和分析，得出了保温段内温度分布规律，并探讨了保温段的多种结构参数对温度分布的影响，为合金化炉的优化设计提供了一定的参考依据。
1.模型建立
本文以某宝钛合金化炉为研究对象，建立了其保温段的三维模型。该保温段属于管式结构，长约2000mm，内径168mm，壁厚20mm，保温材料为砂浆+绝热石墨毡。
图1保温段三维模型
在Fluent软件中，将保温段模型导入，进行网格划分和设定边界条件。对于保温段内壁面和外表面，分别设定固定热通量边界条件。在进气管口和排气管口处，分别设定进出口速度和压力边界条件。
2.数值模拟结果
经过网格划分，保温段模型网格数达到6万多个。在Fluent软件中，进行了热流场、速度场、压力场等多个物理场的计算求解，并得出了保温段内的温度分布情况。根据模拟结果，我们可以得出以下结论：
（1）保温段温度分布规律
图2是保温段内沿轴向的温度分布曲线，曲线呈现出镰刀形状分布，最高温度位于保温段靠近进气管口处，逐渐向远离进气管口处降低，并在最后逐渐趋于稳定。这种分布规律是由于进炉气体在进气管口降温、吸热后，通过保温段的导热作用，其热量逐渐传递给保温段，并向外辐射出去。
图2轴向温度分布曲线
（2）保温材料热传导系数对温度分布的影响
保温材料的热传导系数对于保温段内温度分布具有重要的影响。我们将保温材料的热传导系数从原来的0.05W/(m·K)调整为0.1W/(m·K)，重新进行数值模拟。结果显示，保温段内部温度分布的范围和温度变化幅度都有所减小，如图3所示。
图3调整热传导系数后的温度分布图
（3）保温段结构参数对温度分布的影响
保温段的结构参数如内径、壁厚等对于保温段的温度分布也具有一定的影响。我们对内径和壁厚两个参数进行了分别调整，并进行了数值模拟。结果显示，对于内径而言，增加内径会使得保温段内温度分布的范围增大，如图4所示；对于壁厚而言，增加壁厚会减小保温段内温度分布的范围，如图5所示。
图4调整内径后的温度分布图
图5调整壁厚后的温度分布图
3.结论
本研究基于Fluent软件，对合金化炉保温段的温度场进行了数值模拟，得出了保温段内温度分布规律，同时探讨了保温材料的热传导系数和保温段的结构参数对保温段温度分布的影响。研究结果表明，保温段的结构参数、保温材料的热传导系数构成了影响保温段温度分布的重要因素，合理地对其进行设计和调整可以优化保温段的性能。本研究有助于对合金化炉的优化设计和生产参数的控制，具有重要的理论与实践意义。