CN111651908B - 一种基于ansys的高温碳化炉多场耦合应力分布模拟方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于ANSYS的高温碳化炉多场耦合应力分布模拟方法，涉及到高温碳化炉的设计分析方法技术领域。解决现有技术在高温碳化炉设计阶段无法测试不同炉腔材料的应力特性的技术问题，采用方案为：建立三维仿真模型，将流体计算域与结构计算域分别传递到ICEM软件的Blocking模块和Mesh软件中进行网格划分，在ANSYS软件的FLUENT模块进行设置，传递到ANSYS软件，在Imported Load选项中将温度分布结果导入，并在Solution选项中仿真运算得到不同温度时马弗结构的应力分布特性，在相同设置条件下，通过设置不同工作温度与气流速度重复进行多次模拟计算，判定不同温度与气流速度时高温碳化炉应力分布状态，可以更好的预测炉腔结构性能，以此设计高温碳化炉马弗腔体结构和运行工艺参数的依据。
Description
技术领域
本发明涉及到高温碳化炉的设计分析方法技术领域。
背景技术
碳纤维生产属于高耗能产业，其中的高温碳化炉是碳纤维生产设备中的耗能大户之一，同时，高温碳化炉也是碳纤维生产的关键设备，高温碳化炉是指工作温度为1000℃-1600℃的碳化炉，主要用于对预氧丝进行高温碳化，使其转化为碳元素含量大于90%的碳纤维。T300碳纤维的碳化温度约为 1350℃-1450℃，T800碳纤维约为1400℃-1600℃，生产更高强度的碳纤维需要进一步提高碳化温度。其中，炉腔是高温碳化炉的关键部件，长期工作在1000℃到1600℃的高温环境，受热有较大的变形，由于各处温度不同，存在着温差应力和变形，其气密性、寿命、变形、局部应力等极大的影响着高温碳化炉的性能和使用寿命。并且，马弗腔内的温度均匀性，温差的大小，对最终碳纤维的质量和稳定性有着巨大的影响，特别是马弗腔在炉腔中部有较大变形，导致炉腔与纤维接触，对纤维产生一定的磨损；因此，有必要对高温碳化炉的马弗腔的内部温度变化对腔体材料应力特性产生的影响进行分析。
发明内容
综上所述，本发明的目的在于解决现有技术在高温碳化炉设计阶段无法测试不同炉腔材料的应力特性的技术问题，而提出一种基于ANSYS的高温碳化炉多场耦合应力分布模拟方法。
为解决本发明所提出的技术问题，采用的技术方案为:
一种基于ANSYS的高温碳化炉多场耦合应力分布模拟方法，其特征在于所述模拟方法包括有如下步骤：
（1）、采用三维计算机辅助设计软件SOLIDWORKS软件建立高温碳化炉马弗腔体流体计算域和炉腔结构的三维仿真模型，设定高温碳化炉马弗腔体流体计算域和炉腔体结构的三维仿真模型的进出口与壁面边界条件；包括：马弗腔体结构几何形状和几何尺寸参数；
（2）、将步骤（1）建立的高温碳化炉马弗腔体流体计算域的三维仿真模型传递到ICEM软件的Blocking模块中，在Blocking模块中采用O-Block方式对高温碳化炉马弗腔体流体计算域的三维仿真模型进行网格划分，对靠近炉腔壁面处进行网格加密，同时保证整体结构的网格质量大于0.5；将炉腔结构的三维仿真模型传递到网格划分软件Mesh，在Mesh中采用Sweep方式对三维仿真模型进行网格划分，对靠近炉腔壁面处进行网格加密，同时保证整体结构的网格质量大于0.5。
（3）、将步骤（2）中网格划分好的高温碳化炉马弗腔体流体计算域三维仿真模型导入ANSYS软件的FLUENT模块，并对FLUENT模块进行设置，在Boundary Conditions选项中设置进口气流速度，出口压力值，壁面条件，在Models选项中设定湍流模型与传热模型；
（4）、将步骤（2）中网格划分好的高温碳化炉炉腔结构的三维仿真模型传递到ANSYS软件的Steady-state-thermal和Static-structural计算模块，并将步骤（3）中计算的温度分布特性传递到ANSYS软件的Steady-state-thermal和Static-structural计算模块，在Imported Load选项中将温度分布结果导入，并在Solution选项中仿真运算得到不同温度时马弗结构的应力分布特性，以此作为设计高温碳化炉马弗腔体结构和运行工艺参数的依据；仿真结果包括：马弗腔结构的总变形云图，马弗腔结构的应力分布云图，及马弗腔结构的应变分布云图；
（5）、在相同设置条件下，通过将高温碳化炉马弗腔体流体计算域和炉腔结构的三维仿真模型设置不同参数，根据实际工艺参数调整温度，气流速度，并重复步骤（1）-（4），以进行多次模拟计算，由马弗腔结构的总变形云图，马弗腔结构的应力分布云图，马弗腔结构的应变分布云图，以此作为确定最优化的炉膛结构与气流分布设计的依据。
作为对本发明技术方案作进一步限定的技术方案包括有：
步骤（3）中，在ANSYS软件的 FLUENT模块进行设置的过程如下：
（3.1）、在User Defined选项导入根据运行中炉内温度随时间变化规律进行编制的自定义温度参数，通过运行工艺中炉内温度随时间变化规律进行；
（3.2）、在General选项中，将y方向Gravitational Acceleration 根据要求设定为预设值9.81m2/s，X和Y方向设置为0 m2/s，time选项设置为Steady稳态计算；
（3.3）、将Models选项中的Energy勾选Energy Equation，Viscous Models选项中选取k-epsilon Standard 模型；
（3.4）在Materials Fluid选项部分选择空气和氮气作为计算的介质；
（3.5）、在Cell Zone Conditions选项中将Fluid1部分设为氮气，Fluid2部分设为氧气；
（3.6）、在Boundary Conditions选项中设置入口边界条件为Pressure-inlet，并将Velocity Magnitude根据实际运行状态设置为监测值，范围在0.3-0.8m/s之间，Thermal选项设置为udf-inlet，设置出口边界条件为Pressure-oulet，出口为大气压力值；将两侧墙壁设置为对流换热面，UDF根据实际监测数据定义每小时内炉壁空气综合温度值，对流换热系数根据实际监测值计算得到，其他壁面设置为绝热壁面；
（3.7）、选择Check case后进行计算。
步骤（4）中，在Steady-state-thermal和Static-structural计算模块进行设置的过程如下：
（4.1）、在Steady-state-thermal模块中Imported Loads选项中分别加载外部流场计算的温度场结果，选择流场与炉膛结构交界面作为数据传递的耦合面，依次将每个耦合面温度场数据进行加载，然后在Solution选项中计算温度，将温度场数据加载到炉腔壁面；
（4.2）、在Static Structural模块中通过Insert选项设置重力加速度和位移约束条件，使腔体结构在水平方向可以移动，垂直方向不发生移动，在Analysis Settings模块中输入求解设置参数。
本发明的有益效果为：本发明是基于有限体积法流场数值计算与有限元法应力计算的方法，通过对碳纤维原丝在碳化过程中高温碳化炉内热流场与炉腔材料高纯度石墨板应力特性进行耦合模拟，以便实现对高温碳化炉的马弗腔的内部温度变化对腔体材料应力特性产生的影响进行分析。
与现在技术相比，本发明具体包括有如下优点：
（1）关于高温碳化炉应力分布的问题，通常在高温条件下普通的传感器难以测量，且设计厂家和碳纤维生产厂家不对实际使用中的应力特性进行测试，仅对设计中使用的材料最大热应力进行校核。本发明创造性地利用炉腔结构总变形云图、应力分布云图、应变分布云图来判定炉膛结构的稳定性，以便高温碳化炉的设计分析过程中可以更好的衡量结构设计。
（2）通过数值模拟的方法，建立马弗炉结构模型、流体参数、热应力等因素与宏观性能的关系模型，通过计算不同气流速度与温度变化对炉腔结构最大总变形量、最大应力值、最大应变值的影响，分析工艺参数对马弗炉结构在热环境中稳定性的影响，通过在设计中增加最大变形区域与最大应力区域结构强度，从而保证设备的可靠性，从而可以降低设计与生产成本。
（3）本发明法能够得到不同位置马弗炉热应力分布，为达到更好的使用效果和延长马弗腔的使用寿命，在将来考虑设计马弗腔结构时，根据计算分析结果可以分别选择不同材料进行适配，从而可以为高温碳化炉在设计时提供参考依据。
附图说明
图1是本发明模拟方法中建立的三维模型示意图。
图2是本发明模拟方法中建立的三维模型网格划分结果。
图3是本发明模拟方法中建立的三维模型总变形示意图。
图4是本发明模拟方法中建立的三维模型应力分布示意图。
图5是本发明模拟方法中建立的三维模型应变分布示意图。
具体实施方式
以下结合附图和本发明优选的具本实施方式对本发明作进一步地说明明。
本发明所公开一种基于ANSYS的高温碳化炉多场耦合应力分布模拟方法，包括有如下步骤：
（1）、参照图1中所示，采用三维计算机辅助设计软件SOLIDWORKS软件建立高温碳化炉马弗腔体流体计算域和炉腔结构的三维仿真模型，为了后期便于计算应力分布特性，设定高温碳化炉马弗腔体流体计算域和炉腔体结构的三维仿真模型的进出口与壁面边界条件；包括：马弗腔体结构几何形状和几何尺寸参数。
（2）、参照图2中所示，将步骤（1）建立的高温碳化炉马弗腔体流体计算域的三维仿真模型传递到ICEM软件的Blocking模块中，在Blocking模块中采用O-Block方式对高温碳化炉马弗腔体流体计算域的三维仿真模型进行网格划分，为了保证流场计算结果的准确性，对靠近炉腔壁面处进行网格加密，同时保证整体结构的网格质量大于0.5；将炉腔结构的三维仿真模型传递到网格划分软件Mesh，在Mesh中采用Sweep方式对三维仿真模型进行网格划分，对靠近炉腔壁面处进行网格加密，同时保证整体结构的网格质量大于0.5。
（3）、将步骤（2）中网格划分好的高温碳化炉马弗腔体流体计算域的三维仿真模型导入ANSYS软件的FLUENT模块，并对FLUENT模块进行设置，在Boundary Conditions选项中设置进口气流速度，出口压力值，壁面条件，在Models选项中设定湍流模型与传热模型。
在ANSYS软件的 FLUENT模块进行设置的具体过程如下：
（3.1）、在User Defined选项导入根据运行中炉内温度随时间变化规律进行编制的自定义温度参数，通过运行工艺中炉内温度随时间变化规律进行；
（3.2）、在General选项中，将y方向Gravitational Acceleration 根据要求设定为预设值9.81m2/s，X和Y方向设置为0 m2/s，time选项设置为Steady稳态计算；
（3.3）、将Models选项中的Energy勾选Energy Equation，Viscous Models选项中选取k-epsilon Standard 模型；
（3.4）在Materials Fluid选项部分选择空气和氮气作为计算的介质；
（3.5）、在Cell Zone Conditions选项中将Fluid1部分设为氮气，Fluid2部分设为氧气；
（3.6）、在Boundary Conditions选项中设置入口边界条件为Pressure-inlet，并将Velocity Magnitude根据实际运行状态设置为监测值，范围在0.3-0.8m/s之间，Thermal选项设置为udf-inlet，设置出口边界条件为Pressure-oulet，出口为大气压力值；将两侧墙壁设置为对流换热面，UDF根据实际监测数据定义每小时内炉壁空气综合温度值，对流换热系数根据实际监测值计算得到，其他壁面设置为绝热壁面；
（3.7）、选择Check case后进行计算。
（4）、将步骤（2）中网格划分好的高温碳化炉炉腔结构的三维仿真模型传递到ANSYS软件的Steady-state-thermal和Static-structural计算模块，并将步骤（3）中计算的温度分布特性传递到ANSYS软件的Steady-state-thermal和Static-structural计算模块，在Imported Load选项中将温度分布结果导入，并在Solution选项中仿真运算得到不同温度时马弗结构的应力分布特性，以此作为设计高温碳化炉马弗腔体结构和运行工艺参数的依据；仿真结果包括：图3所示的马弗腔结构的总变形云图，图4中所示的马弗腔结构的应力分布云图，及图5中所示的马弗腔结构的应变分布云图。
对在Steady-state-thermal和Static-structural计算模块进行设置的过程如下：
（4.1）、在Steady-state-thermal模块中Imported Loads选项中分别加载外部流场计算的温度场结果，选择流场与炉膛结构交界面作为数据传递的耦合面，依次将每个耦合面温度场数据进行加载，然后在Solution选项中计算温度，将温度场数据加载到炉腔壁面；
（4.2）、在Static Structural模块中通过Insert选项设置重力加速度和位移约束条件，使腔体结构在水平方向可以移动，垂直方向不发生移动，在Analysis Settings模块中输入求解设置参数。
（5）、在相同设置条件下，通过将高温碳化炉马弗腔体流体计算域和炉腔结构的三维仿真模型设置不同参数，根据实际工艺参数调整温度，气流速度，并重复步骤（1）-（4），以进行多次模拟计算，由马弗腔结构的总变形云图，马弗腔结构的应力分布云图，马弗腔结构的应变分布云图，以此作为确定最优化的炉膛结构与气流分布设计的依据。也即是在相同设置条件下，通过设置不同工作温度与气流速度并重复步骤（1）-（4），以进行多次模拟计算，可判定不同温度与气流速度时高温碳化炉应力分布状态，可以更好的预测炉腔结构性能，以此设计高温碳化炉马弗腔体结构和运行工艺参数的依据。
由图3可以看出，马弗内进出口一定范围的总变形量沿进出口方向存在较大差别，特别是炉腔中部位置，变形量最大，超过7mm。马弗进出口位置变形量较均匀，炉腔中部炉壁处变形量也较均匀。由于马弗腔受热各处温度存在着不均匀，有的局部存在较大的温差应力，特别是进出口附近。石墨马弗沿长度方向有较大的膨胀变形，马弗腔结构两端必须考虑随动机构，以适应石墨马弗的膨胀和收缩，且阻力越小越好。从图4、图5热应变、应力分析的云图可以看出，热应力最大的位置出现在在马弗腔结构的边缘，最大值约10MPa。这是因为与腔体外部环境有较大的热交换，马弗腔体材料局温差较大产生热应力，以及结构的变化造成的局部应力集中，同时由于生产碳纤维工艺要求中间炉腔温度高于进出口位置的温度，这是导致出现上述现象的根本原因。由此可判断造成以上现象的主要原因是高温碳化炉的石墨马弗的结构、变形、排气口位置和截面积不够及内部的温度均匀性。因此，本发明通过对高温炉的马弗腔体进行流场、温度场和应力场分析，可以为提高碳纤维质量，降低生产成本，也为高温碳化炉的进一步研制提供数据参考和依据，对碳纤维生产线建设有着重要意义。本发明可以降低实验成本，优化设计，为设计碳纤维生产中关键设备高温碳化炉设计提供炉腔结构提供应力分布特性提供理论支持，也为相关的数值模拟研究提供依据。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (1)
1.一种基于ANSYS的高温碳化炉多场耦合应力分布模拟方法，其特征在于所述模拟方法包括有如下步骤：
（1）、采用三维计算机辅助设计软件SOLIDWORKS软件建立高温碳化炉马弗腔体流体计算域和炉腔结构的三维仿真模型，设定高温碳化炉马弗腔体流体计算域和炉腔体结构的三维仿真模型的进出口与壁面边界条件；包括：马弗腔体结构几何形状和几何尺寸参数；
（2）、将步骤（1）建立的高温碳化炉马弗腔体流体计算域三维仿真模型传递到ICEM软件的Blocking模块中，在Blocking模块中采用O-Block方式对高温碳化炉马弗腔体流体计算域的三维仿真模型进行网格划分，对靠近炉腔壁面处进行网格加密，同时保证整体结构的网格质量大于0.5；将炉腔结构的三维仿真模型传递到网格划分软件Mesh，在Mesh中采用Sweep方式对三维仿真模型进行网格划分，对靠近炉腔壁面处进行网格加密，同时保证整体结构的网格质量大于0.5；
（3）、将步骤（2）中网格划分好的高温碳化炉马弗腔体流体计算域的三维仿真模型导入ANSYS软件的FLUENT模块，并对FLUENT模块进行设置，在Boundary Conditions选项中设置进口气流速度，出口压力值，壁面条件，在Models选项中设定湍流模型与传热模型；
（4）、将步骤（2）中网格划分好的高温碳化炉炉腔结构的三维仿真模型传递到ANSYS软件的Steady-state-thermal和Static-structural计算模块，并将步骤（3）中计算的温度分布特性传递到ANSYS软件的Steady-state-thermal和Static-structural计算模块，在Imported Load选项中将温度分布结果导入，并在Solution选项中仿真运算得到不同温度时马弗结构的应力分布特性，以此作为设计高温碳化炉马弗腔体结构和运行工艺参数的依据；仿真结果包括：马弗腔结构的总变形云图，马弗腔结构的应力分布云图，及马弗腔结构的应变分布云图；
（5）、在相同设置条件下，通过将高温碳化炉马弗腔体流体计算域和炉腔结构的三维仿真模型设置不同参数，根据实际工艺参数调整温度，气流速度，并重复步骤（1）-（4），以进行多次模拟计算，由马弗腔结构的总变形云图，马弗腔结构的应力分布云图，马弗腔结构的应变分布云图，以此作为确定最优化的炉膛结构与气流分布设计的依据；
步骤（3）中，在ANSYS软件的 FLUENT模块进行设置的过程如下：
（3.1）、在User Defined选项导入根据运行中炉内温度随时间变化规律进行编制的自定义温度参数，通过运行工艺中炉内温度随时间变化规律进行；
（3.2）、在General选项中，将y方向Gravitational Acceleration 根据要求设定为预设值9.81m2/s，X和Y方向设置为0 m2/s，time选项设置为Steady稳态计算；
（3.3）、将Models选项中的Energy勾选Energy Equation，Viscous Models选项中选取k-epsilon Standard 模型；
（3.4）在Materials Fluid选项部分选择空气和氮气作为计算的介质；
（3.5）、在Cell Zone Conditions选项中将Fluid1部分设为氮气，Fluid2部分设为氧气；
（3.6）、在Boundary Conditions选项中设置入口边界条件为Pressure-inlet，并将Velocity Magnitude根据实际运行状态设置为监测值，范围在0.3-0.8m/s之间，Thermal选项设置为udf-inlet，设置出口边界条件为Pressure-oulet，出口为大气压力值；将两侧墙壁设置为对流换热面，UDF根据实际监测数据定义每小时内炉壁空气综合温度值，对流换热系数根据实际监测值计算得到，其他壁面设置为绝热壁面；
（3.7）、选择Check case后进行计算；
步骤（4）中，在Steady-state-thermal和Static-structural计算模块进行设置的过程如下：
（4.1）、在Steady-state-thermal模块中Imported Loads选项中分别加载外部流场计算的温度场结果，选择流场与炉膛结构交界面作为数据传递的耦合面，依次将每个耦合面温度场数据进行加载，然后在Solution选项中计算温度，将温度场数据加载到炉腔壁面；
（4.2）、在Static Structural模块中通过Insert选项设置重力加速度和位移约束条件，使腔体结构在水平方向可以移动，垂直方向不发生移动，在Analysis Settings模块中输入求解设置参数。
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
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