[讨论]热处理工艺的数值模拟

mbrslydddd

近来做热处理的分析，遇到这样的问题，欢迎大家共同讨论分析。
热处理工艺一般是热应力耦合的分析，为了问题的简化计算，我们只考虑温度，而不考虑应力，这样大家可以使用热单元而没有必要使用热应力耦合单元。
假设现有一个长2m/宽1m/高1m的长方体，初始问题为20°C，现将此长方体放入热处理炉中，试分析在一定的时间内(比如30分种)该长方体内的温度变化情况。说明一下：1.炉子温度从20°升温，假设经过30分种升温到700°（实际情况可能不是如此）；2.长方体的全部都放入炉中。
求解说明：1.可以认为长方体的表面温度为炉子的瞬时温度
               2.可使用流固耦合分析温度，流体自己设定
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困难说明：若只加载以上条件，将会发现长方体的每一处的温度都将和表面温度相同，出现了加载的不完备性，致使每一处的温度都会以和表面温度相等的方式变化。如何解决这个问题，大家讨论讨论，小弟也学习学习。

xbzhang

不明白楼主所说的出现加载的不完备性为什么不行？
热处理工艺就是把工件放到炉中，最后温度上升到指定的热处理加热温度。表面和内部是一样的。热处理在炉中的加热过程的目的就是要达到一样啊？

mbrslydddd

最终是要求温度内部和外部相同，但初始时一段时间内是有温度梯度的，我想预测一下比如长方体中间点温度达到同表面温度相同的时刻所需的的时间，这个如何进行。还望楼上的老兄指点迷津，小弟不胜感激

nwpuyl

我没做过流体方面的分析，所以看看第一求解说明：
“1.可以认为长方体的表面温度为炉子的瞬时温度”
如果这样，可以理解为长方体的热分析条件已经完全具备，不用再考虑流体！
按这样的条件，可以进行所预定的分析！
但是，可以看到，炉子和长方体初始温度相同，炉子温度上升缓慢，如果长方体为金属材料，那么是很难捕捉到其内部温差变化的，除非载荷步长非常小（或者长方体热传导系数非常小、密度和热容非常大）！
这种分析结果与实际情况可能有偏差，估计问题出在这种简化上面：“1.可以认为长方体的表面温度为炉子的瞬时温度”，即：它没能准确的模拟炉子和长方体之间的热传递过程！
那么，还是等待各位对于对于第二种求解说明进行研究探讨啦！

xbzhang

nwpuyl斑竹说的是对的。可是炉子的升温过程该怎么考虑啊？
个人感觉第一个说明是可以成立的，只需要分析长方体内部和表面之间的热传导。采用第二个说明进行分析时，需要考虑炉子、流体和长方体这个系统的热传输，问题就复杂了，好难。

mbrslydddd

个人感觉采用第二个说明进行计算仍然不能够得到温度梯度的变化。
还是我说的那个问题，热单元各节点的温度具有默认的特性，比如I、J、K、L四个节点，若设置I、L的温度为100°C，那么K、L的温度也将为100°C，我不清楚这个默认的设置的具体理论原因。或许这样可以解释，弹性微分方程、热传导微分方程和波传输微分方程的形式分别为椭圆、抛物线和双曲线方程形式，椭圆方程的应力波传输是非常大的，一端受力，另一端几乎可以同时感觉到这个力，而双曲线方程描述的波速则是相对很小的，需要一段时间；抛物线方程所描述的热速传播介于二者之间，可能更趋向于椭圆方程的形式，即是速度也是很大的；
虽然如此，但在一些特殊问题上不能不考虑温度传输与时间的关系，厚板的热处理要考察某点到达一定温度所需的时间便是一个例子。
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To:xbzhang：炉子的升温过程一般认为是一个温度随时间线性变化的函数，第二个说明个人认为不属于热分析中三类边界条件的范畴，此分析牵连到流固耦合的知识，借用热交换器的分析来实现，就是有点高射炮打蚊子的感觉:D

mbrslydddd

欢迎大家积极讨论:D
共同学习，共同进步

yinhan

逍遥散人

这个问题怎么处理好呀,我也遇到同样的难题!

whr77

我看的一本Ansys书的有一章节后面有个例题就是这个题目，我也想知道怎么处理，哪位大侠不吝赐教一下

whr77

需要知道30min升到700度的温度-时间曲线，然后利用函数加载就可以了