一種電子束熔煉的溫度場模擬方法及其設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電子束熔煉【技術領域】，特別涉及一種電子束熔煉的溫度場模擬方法及其設備，以液態(tài)流體作為模擬介質，對液態(tài)流體進行加熱，并且對液態(tài)流體進行冷卻水循環(huán)冷卻，以加熱功率和冷卻水流量作為變量參數，當兩個變量參數同時改變或單獨改變時，對液態(tài)流體不同位置處進行測溫，以此測得液態(tài)流體不同狀態(tài)下的溫度場，結合fluent軟件模擬分析，建立正確的溫度場模型。本發(fā)明通過觀測液態(tài)流體在容器里的流動狀態(tài)和溫度場分布狀態(tài)，來間接模擬電子束熔體的形態(tài)，能夠方便得到不同加熱方式下的溫度場分布規(guī)律。還可以提供一種結構簡單、使用方便的一種溫度場的模擬裝置，成本較低，且設備易于操作。
【專利說明】一種電子束熔煉的溫度場模擬方法及其設備

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電子束熔煉【技術領域】，特別涉及一種電子束熔煉的溫度場模擬方法及其設備。

【背景技術】
[0002]電子束熔煉金屬除雜是冶金法提純金屬的重要方法之一，其高的能量密度、高真空度、高熔煉溫度可以有效去除金屬中的揮發(fā)性雜質。電子束熔煉是在高溫、高真空的環(huán)境中進行，由于特殊的工作條件，熔體的溫度、流動等屬性不易被檢測。
[0003]目前工業(yè)生產中，多是采用以下兩種方式:
[0004]1、利用經驗數據反復調整工藝參數；
[0005]2、部分企業(yè)使用CFD商業(yè)軟件模擬分析的方法與電子束熔煉實驗互相驗證，從而得到合理的工藝參數。
[0006]但是，這兩種方法都需要以大量的實驗作基礎，對于工藝復雜的電子束熔煉生產，這樣的成本消耗是巨大的，不利于生產盈利。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種電子束熔煉的溫度場模擬方法及其設備，用一種結構簡單的設備，在穩(wěn)定狀態(tài)下，測量實驗區(qū)內的各個點的溫度及其變化規(guī)律，與fluent軟件模擬分析結果互相驗證，并通過對模型的多次修正，建立相關溫度場的模型，有效減少工業(yè)生產中不必要的實驗次數，從而將該模型用于電子束熔煉中，反映出電子束熔煉過程中的規(guī)律。
[0008]本發(fā)明所述的電子束熔煉的溫度場模擬方法，以液態(tài)流體作為模擬介質，對液態(tài)流體進行加熱，并且對液態(tài)流體進行冷卻水循環(huán)冷卻，以加熱功率和冷卻水流量作為變量參數，當兩個變量參數同時改變或單獨改變時，對液態(tài)流體不同位置處進行測溫，以此測得液態(tài)流體不同狀態(tài)下的溫度場，結合fluent軟件模擬分析，建立正確的溫度場模型。
[0009]其中，液態(tài)流體優(yōu)選為水或石蠟，可以在較低的實驗環(huán)境下就能開展模擬。
[0010]所述的一種電子束熔煉的溫度場模擬方法所用設備，包括開口向上的冷卻水容器，冷卻水容器外壁設置有保溫裝置，冷卻水容器開口端貼合設置有實驗水容器，實驗水容器的外壁與冷卻水容器內壁形成閉合空腔，該閉合空腔與保溫裝置外部的冷卻水箱通過管道形成閉合回路；實驗水容器頂端分別固定安裝有固定板和支架，固定板在豎直方向上開設有滑槽，并滑動連接可移動支架，可移動支架上固定安裝有相連的加熱管和功率調節(jié)器，其中加熱管的加熱端位于實驗水容器內部，支架內套接有熱電阻，其中熱電阻的一端位于實驗水容器內部。
[0011]熱電阻的個數優(yōu)選為4-10個。
[0012]加熱管優(yōu)選為圓形環(huán)管。
[0013]保溫裝置優(yōu)選為PS塑料泡沫。
[0014]冷卻水容器開口端優(yōu)選通過密封圈貼合設置有實驗水容器。
[0015]本發(fā)明在采用以上設備，采用水為液態(tài)流體模擬介質的條件下可以按照以下步驟進行模擬:
[0016]1、向實驗水容器添加水，調整可移動支架，將不銹鋼加熱管浸入水中。通過功率調節(jié)器對實驗水加熱。
[0017]2、開啟冷卻水循環(huán)系統，對實驗水進行冷卻。
[0018]3、觀察各個熱電阻溫度表，待各個顯示數字不再有變化時，即試驗水溫度場達到穩(wěn)態(tài)，記錄所有熱電阻溫度表示數。
[0019]4、保持加熱管和冷卻水循環(huán)系統工作條件不變，調整各個熱電阻在實驗水中的深度，分別測不同深度的溫度值。
[0020]5、通過改變不銹鋼加熱管的功率和循環(huán)冷卻水的流量，分別測得實驗水不同狀態(tài)下的溫度場，通過對比和分析得到其變化規(guī)律，建立正確的溫度場模型。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點在于:通過觀測液態(tài)流體在容器里的流動狀態(tài)和溫度場分布狀態(tài)，來間接模擬電子束熔體的形態(tài)，能夠方便得到不同加熱方式下的溫度場分布規(guī)律，從而為電子束熔煉技術提供必要的實驗基礎。還可以提供一種結構簡單、使用方便的一種溫度場的模擬裝置，成本較低，且設備易于操作，能夠方便得到足夠的實驗數據，可以為實驗和生產提供合理的工藝參數。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
[0023]圖2為圖1中5的安裝方式示意圖；
[0024]圖3為圖1中8的左側視圖；
[0025]圖中，1.保溫裝置，2.進水口，3.冷卻水容器，4.實驗水容器，5.加熱管，6.密封圈，7.支架，8.熱電阻，9.功率調節(jié)器10.可移動支架，11.固定板，12.出水口，13.冷卻水循環(huán)系統。

【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實施例及附圖詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于具體實施例。
[0027]實施例1:
[0028]如圖1、2和3所示的一種溫度場的模擬設備，該設備包括開口向上的冷卻水容器3，冷卻水容器3外壁設置有保溫裝置1，冷卻水容器3開口端貼合設置有實驗水容器4，實驗水容器4的外壁與冷卻水容器3內壁形成閉合空腔，該閉合空腔與保溫裝置I外部的冷卻水箱13通過管道形成閉合回路；實驗水容器4頂端分別固定安裝有固定板11和支架7，固定板11在豎直方向上開設有滑槽，并滑動連接可移動支架10，可移動支架10上固定安裝有相連的加熱管5和功率調節(jié)器9，其中加熱管5的加熱端位于實驗水容器4內部，支架7內套接有熱電阻8，其中熱電阻8的一端位于實驗水容器4內部。
[0029]熱電阻8的個數為5個。
[0030]加熱管5為圓形環(huán)管。
[0031 ] 保溫裝置I為PS塑料泡沫。
[0032]冷卻水容器3開口端通過密封圈6貼合設置有實驗水容器4。
[0033]安裝好設備之后，使用上述設備對水加熱做溫度場模擬如下:
[0034]1、向實驗水容器4添加體積5L的水，調整可移動支架10高度，將不銹鋼加熱管5環(huán)形區(qū)域完全浸入水中。開啟電源，通過功率調節(jié)器9將環(huán)形加熱管5功率調高至2kw，此時開始對實驗水加熱。
[0035]2、開啟冷卻水循環(huán)系統13，壓力0.6Mpa的零度冷卻水以2m/s速度從進水口 2流入冷卻水容器3將其充滿，并從出水口 12流出，對實驗水容器4進行循環(huán)冷卻。
[0036]3、觀察各個熱電阻溫度表，待顯示溫度達到60°C左右時，開始微調加熱管5的功率，在功率調高至2.3kw時，此時各個顯示數字不再有變化，即試驗水溫度場達到穩(wěn)態(tài)。記錄所有熱電阻溫度表示數。
[0037]4、保持加熱管5和冷卻水循環(huán)系統工作條件不變，調整各個熱電阻8在實驗水中的深度，分別測得15處不同深度的溫度值。至此，實驗水在這種狀態(tài)下各個關鍵點的溫度值均已測得。
[0038]5、通過改變不銹鋼加熱管5的功率和循環(huán)冷卻水的流量，分別測得實驗水不同狀態(tài)下的溫度場，通過對比和分析得到其變化規(guī)律，結合fluent軟件模擬分析，建立正確的溫度場模型。
【權利要求】
1.一種電子束熔煉的溫度場模擬方法,其特征在于以液態(tài)流體作為模擬介質，對液態(tài)流體進行加熱，并且對液態(tài)流體進行冷卻水循環(huán)冷卻，以加熱功率和冷卻水流量作為變量參數，當兩個變量參數同時改變或單獨改變時，對液態(tài)流體不同位置處進行測溫，以此測得液態(tài)流體不同狀態(tài)下的溫度場，結合fluent軟件模擬分析，建立正確的溫度場模型。
2.根據權利要求1所述的一種電子束熔煉的溫度場模擬方法，其特征在于液態(tài)流體為水或石蠟。
3.根據權利要求1所述的一種電子束熔煉的溫度場模擬方法所用設備，其特征在于該設備包括開口向上的冷卻水容器(3)，冷卻水容器(3)外壁設置有保溫裝置(1)，冷卻水容器(3)開口端貼合設置有實驗水容器(4)，實驗水容器(4)的外壁與冷卻水容器(3)內壁形成閉合空腔，該閉合空腔與保溫裝置(I)外部的冷卻水箱(13)通過管道形成閉合回路；實驗水容器(4)頂端分別固定安裝有固定板(11)和支架(7),固定板(11)在豎直方向上開設有滑槽，并滑動連接可移動支架(10)，可移動支架(10)上固定安裝有相連的加熱管(5)和功率調節(jié)器(9)，其中加熱管(5)的加熱端位于實驗水容器(4)內部，支架(7)內套接有熱電阻(8)，其中熱電阻(8)的一端位于實驗水容器(4)內部。
4.根據權利要求1所述的一種電子束熔煉的溫度場模擬方法所用設備，其特征在于所述熱電阻(8)的個數為4-10個。
5.根據權利要求1所述的一種電子束熔煉的溫度場模擬方法所用設備，其特征在于所述的加熱管(5)為圓形環(huán)管。
6.根據權利要求1所述的一種電子束熔煉的溫度場模擬方法所用設備，其特征在于所述的保溫裝置(I)為PS塑料泡沫。
7.根據權利要求1所述的一種電子束熔煉的溫度場模擬方法所用設備，其特征在于所述冷卻水容器(3)開口端通過密封圈(6)貼合設置有實驗水容器(4)。
【文檔編號】C22B9/22GK104164575SQ201310182769
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年5月17日 優(yōu)先權日:2013年5月17日
【發(fā)明者】姜大川, 袁濤, 溫書濤 申請人:青島隆盛晶硅科技有限公司