。234 北京科技大学学报 第33卷 2.3有限元热载荷加载过程 温度变化. 为使数值模拟真实反映淬火过程，通过对钢管 表面对流换热边界条件的分析，考虑钢管在整个冷 8 却过程中要经历强水冷阶段一弱水冷阶段一强冷阶 一内表面 一中心 段或空冷，以此定义模拟程序中的载荷步.对钢 6 一外表面 管在水冷阶段的冷却过程进行模拟时，根据钢管通 :实测值 过冷却区的速度分别计算不同冷却方式的作用时 间，采用自适应步长计算时间步长且采用了分步循 环加载的方法.实际淬火时，钢管是运动状态，由于 Nw. 钢管与冷却区的相对运动是确定的，可以假设钢管 5101520253035 不动，而冷却区沿着钢管旋转的反方向以相同的速 时间 度运动.施加了这种反向的边界条件，就可得到钢 图3钢管淬火冷却温降曲线 管真实的瞬态温度场 Fg 3 Tempem tre_to tme curves of steel ppes during quench ng 3数值模拟结果 3.2钢管温度场模拟结果 根据某公司的需要，通过对1C18N9T不锈钢 3.1钢管温度场实验及模拟结果 管固溶处理进行温度场研究.所用的开冷温度及流 为验证模拟方法可靠性，图3为在淬火80级 量等工艺参数均为实际装置现场淬火参数 油井管时经某进口淬火系统的模拟钢管温降曲线及 3.2.1浸润角的影响 与实测值比较模拟值与实测值吻合较好.由此可 无缝钢管的周向几何尺寸为中325义10m四 以看出，本文采用数值模拟模型是可靠的、合理的， 旋转速度为120事mr,浸润角0分别为90°、 可以通过数值模拟方法来研究不同厚度钢管冷却时 180°、270和360时温度场数值模拟结果如图4所 10 内表面 一内表面 中心 一中心。 外表面 外表面 246810121416182022 00246810121416182022 时间s 时间/s c 10 d 8 内表面 一内表面 一中心 P 6 中心 一外表面 一外表面 2 2 0024681012141618202 00246810121416182022 时间/s 时间s 图4浸润角对钢管淬火冷却均匀的影响.（两浸润角0为90：(b)浸润角0为180°：(9浸润角0为270：(d小浸润角0为360° Fig 4 Effect ofwett ng angle on the cooling unifomity ofsteel ppes durngquenchng a)we tting ang le0=90:b)wetting ang le0-180 c we tting angle0=270:(d山weu ng ang le0=360°北 京 科 技 大 学 学 报 第 33卷 2.3 有限元热载荷加载过程 为使数值模拟真实反映淬火过程 ,通过对钢管 表面对流换热边界条件的分析 ,考虑钢管在整个冷 却过程中要经历强水冷阶段—弱水冷阶段 —强冷阶 段 (或空冷),以此定义模拟程序中的载荷步.对钢 管在水冷阶段的冷却过程进行模拟时, 根据钢管通 过冷却区的速度分别计算不同冷却方式的作用时 间 ,采用自适应步长计算时间步长且采用了分步循 环加载的方法.实际淬火时, 钢管是运动状态, 由于 钢管与冷却区的相对运动是确定的, 可以假设钢管 不动, 而冷却区沿着钢管旋转的反方向以相同的速 度运动 .施加了这种反向的边界条件 , 就可得到钢 管真实的瞬态温度场 . 3 数值模拟结果 图 4 浸润角对钢管淬火冷却均匀的影响 .(a)浸润角 θ为 90°;(b)浸润角 θ为 180°;(c)浸润角 θ为 270°;(d)浸润角 θ为 360° Fig.4 Effectofwettingangleonthecoolinguniformityofsteelpipesduringquenching:(a)wettingangleθ=90°;(b)wettingangleθ=180°;(c) wettingangleθ=270°;(d)wettingangleθ=360° 3.1 钢管温度场实验及模拟结果 为验证模拟方法可靠性, 图 3为在淬火 N80级 油井管时经某进口淬火系统的模拟钢管温降曲线及 与实测值比较, 模拟值与实测值吻合较好.由此可 以看出 ,本文采用数值模拟模型是可靠的 、合理的 , 可以通过数值模拟方法来研究不同厚度钢管冷却时 温度变化 . 图 3 钢管淬火冷却温降曲线 Fig.3 Temperature-to-timecurvesofsteelpipesduringquenching 3.2 钢管温度场模拟结果 根据某公司的需要, 通过对 1Cr18Ni9Ti不锈钢 管固溶处理进行温度场研究.所用的开冷温度及流 量等工艺参数均为实际装置现场淬火参数. 3.2.1 浸润角的影响 无缝钢管的周向几何尺寸为 325 mm×10mm, 旋转速度 n为 120 r·min -1 , 浸润角 θ分别为 90°、 180°、270°和 360°时温度场数值模拟结果如图 4所 · 234·