高温钢板淬火冷却的模拟与验证

前言

作为辅助设计的强大工具，CFD已成功应用于很多工业领域。但在某些领域，CFD还缺乏一定的适用性。针对此种情况，为验证CFD适用性的扩展，本文针对钢板淬火的应用进行了iconCFD的开发和模型验证。模型开发主要涉及沸腾及相变模型，以及钢板淬火极端情况下的计算稳定性的提高等等。

模拟对象及物理过程说明

1）验证对象

参考文献：「高温鋼板の円形水噴流冷却のVOF シミュレーションと検証実験」 山神 成正、修士論文、東京大学(2003)

用水喷流冷却800摄氏度的不锈钢板（150mm×10mm），水温分别为70℃，50℃和30℃。

2）物理过程

（1）水喷流接触高温不锈钢板，相变发生，钢板被急剧冷却；

（2）产生的水蒸气跟水和空气混合，冷凝发生；

（3）包含预热区域，核态沸腾区域和膜态区域。

难点：水和高温不锈钢的初始温差超过摄氏700度，相变发生时，密度变化巨大时，很难保持热平衡和计算稳定性。

解析区域和网格

解析区域包括从喷嘴到加热不锈钢板的区域（喷嘴直径为6mm，喷嘴口到加热不锈钢板的距离为150mm）。

网格生成工具：iconHexMesh，总网格数：89万（流体区域75万，固体区域14万）。

计算结果

计算信息：Intel(R) Xeon(R) CPU E5645@2.40GHz，12核，计算时间约12天

（1）计算和实验的监控点固体温度变化对比

（2）水温30℃，0.1s时的图像结果对比

（3）水温30℃时的结果动画展示

计算结果动画