本发明专利技术公开了一种基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法，包括以下步骤：根据真空烧结炉体参数建立真空烧结炉在加热过程中热辐射和热传导模型；进行计算传热学模拟，得到了真空烧结炉在整个加热过程中的温升曲线；通过计算对比不同加热速率、不同石墨加热管直径、不同石墨加热管与有效加热区间距下的工件温升曲线、顶点工件与中心工件温差、同一工件表面与心部温差，对原炉型进行优化。本发明专利技术通过研究不同加热速率、不同石墨加热管直径、不同石墨加热管与有效加热区的间距对真空烧结炉加热效率及炉温均匀性的影响，为真空烧结炉的性能优化提供参考，符合碳化硅真空烧结炉工艺生产要求，且提高了加热系统的加热效率和炉温均匀性。和炉温均匀性。和炉温均匀性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法
[0001]本专利技术涉及热传递
，特别涉及一种基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法。
技术介绍
[0002]目前，碳化硅陶瓷制品具有硬度高、高温强度大、高温抗氧化性强、热膨胀系数小、热导率大、抗热震、热稳定性佳、耐磨损性能好和耐化学腐蚀等优良特性，在汽车、机械化工、环境保护、空间技术、信息电子、航天等领域应用广泛。碳化硅无压烧结需经过负压脱粘、预烧、烧结、冷却等工艺，目前技术条件下设备的生产效率较低、恒温场设计较难达到要求，导致工件内部温差过大，产生畸变。因此，优化真空烧结炉的加热系统，提升炉温均匀性与加热效率尤为重要。
技术实现思路
[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种算法简单的基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：一种基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法，包括以下步骤：
[0005]步骤一：根据真空烧结炉体参数建立真空烧结炉在加热过程中热辐射和热传导模型；
[0006]步骤二：进行计算传热学模拟，开启能量方程、离散纵坐标DO辐射模型，在工件表面和心部设置温度监测点，得到了真空烧结炉在整个加热过程中的温升曲线；
[0007]步骤三：通过计算对比不同加热速率、不同石墨加热管直径、不同石墨加热管与有效加热区间距下的工件温升曲线、顶点工件与中心工件温差、同一工件表面与心部温差，在满足同一工件表面与心部温差<5℃的生产工艺要求下，对原炉型的加热效率进行优化。
[0008]上述基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法，所述步骤一中，真空烧结炉内绝对压强为80Pa，忽略对流换热，能量方程为：其中，ρ为密度，kg
·
m
‑3；c
p
为定压比热容，J
·
kg
‑1·
K
‑1；T为温度，K；t为时间，s；为哈密顿算子；λ为导热系数，W
·
m
‑1·
K
‑1；Q为内热源，W
·
m
‑3。
[0009]上述基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法，所述步骤一中，采用离散纵坐标DO辐射模型，辐射传热模型为：其中，r为辐射方位角法向向量；l为辐射沿程长度向量，l
′
为散射方向；α为材料吸收系数；σ
l
为散热系数；I(r,l)为辐射强度；n为折射系数；σ为黑体辐射常数；Φ(l,l
′
)为能量源项；Ω
′
为辐射立体角。
[0010]上述基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法，所述步骤三中，对比不
同加热速率下的工件温升曲线、顶点工件与中心工件温差、同一工件表面与心部温差，对原炉型的加热效率进行优化的过程为：在满足同一工件表面与心部温差<5℃的生产工艺要求下，选择加热速率最大的工况，此时系统加热至指定温度所需时间最少，加热效率最高。
[0011]上述基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法，所述步骤三中，对比不同石墨加热管直径下的工件温升曲线、顶点工件与中心工件温差、同一工件表面与心部温差，对原炉型的加热效率进行优化的过程为：在满足同一工件表面与心部温差<5℃的生产工艺要求下，选择工件表面温度最高、顶点工件与中心工件温差最小的工况，此时系统加热至指定温度所需时间最少，加热效率最高。
[0012]上述基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法，所述步骤三中，对比不同石墨加热管与有效加热区间距下的工件温升曲线、顶点工件与中心工件温差、同一工件表面与心部温差，对原炉型的加热效率进行优化的过程为：在满足同一工件表面与心部温差<5℃的生产工艺要求下，选择工件表面温度最高、顶点工件与中心工件温差最小的工况，此时系统加热至指定温度所需时间最少，加热效率最高。
[0013]本专利技术的有益效果在于：本专利技术的优化方法通过研究不同加热速率、不同石墨石墨加热管直径、不同石墨加热管与有效加热区的间距对真空烧结炉加热效率及炉温均匀性的影响，为真空烧结炉的性能优化提供参考；采用真空烧结炉加热系统优化方案，优化后加热时间减少了60min，加热效率提高了30％，顶点工件与中心工件温差从10.85℃降低到9.25℃，同一工件表面与心部温差<5℃，符合碳化硅真空烧结炉工艺生产要求，且提高了加热系统的加热效率和炉温均匀性。
附图说明
[0014]图1为本专利技术优化方法的流程图。
[0015]图2为本专利技术实施例真空烧结炉优化前的炉体结构剖面图。
[0016]图3为本专利技术实施例石墨比热容与导热系数随温度变化规律图。
[0017]图4为本专利技术实施例真空烧结炉负载模拟模型图。
[0018]图5为本专利技术实施例工件监测点位置示意图。
[0019]图6为本专利技术实施例不同加热速率下工件升温曲线图。
[0020]图7为本专利技术实施例不同加热速率下顶点工件与中心工件温差示意图。
[0021]图8为本专利技术实施例不同加热速率下同一工件表面与心部温差示意图。
[0022]图9为本专利技术实施例不同加热管直径下工件升温曲线图。
[0023]图10为本专利技术实施例不同加热管直径下顶点工件与中心工件温差示意图。
[0024]图11为本专利技术实施例不同加热管直径下同一工件表面与心部温差示意图。
[0025]图12为本专利技术实施例不同加热管与有效加热区间距下工件升温曲线图。
[0026]图13为本专利技术实施例不同加热管与有效加热区间距下顶点工件与中心工件温差示意图。
[0027]图14为本专利技术实施例不同加热管与有效加热区间距下同一工件表面与心部温差示意图。
[0028]图15为本专利技术实施例真空烧结炉优化后的炉体结构剖面图。
[0029]图16为本专利技术实施例真空烧结炉系统优化前后工件升温曲线图。
[0030]图17为本专利技术实施例真空烧结炉系统优化前后顶点工件与中心工件温差示意图。
[0031]图18为本专利技术实施例真空烧结炉系统优化前后同一工件表面与心部温差示意图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0033]如图1所示，一种基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法，包括以下步骤：
[0034]步骤一：根据真空烧结炉体参数建立真空烧结炉在加热过程中热辐射和热传导模型。
[0035]原炉型为ZSD4.5
‑
1150C真空高温烧结炉，真空烧结炉在加热过程中，能量主要以热辐射和热传导的形式传递，真空烧结炉内气体极为稀薄，真空烧结炉内绝对压强为80Pa，忽略对流换热，能量方程为：其中，ρ为密度，kg
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‑3；c
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为定压比热容，J<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：根据真空烧结炉体参数建立真空烧结炉在加热过程中热辐射和热传导模型；步骤二：进行计算传热学模拟，开启能量方程、离散纵坐标DO辐射模型，在工件表面和心部设置温度监测点，得到了真空烧结炉在整个加热过程中的温升曲线；步骤三：通过计算对比不同加热速率、不同石墨加热管直径、不同石墨加热管与有效加热区间距下的工件温升曲线、顶点工件与中心工件温差、同一工件表面与心部温差，在满足同一工件表面与心部温差<5℃的生产工艺要求下，对原炉型的加热效率进行优化。2.根据权利要求1所述的基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法，其特征在于，所述步骤一中，真空烧结炉内绝对压强为80Pa，忽略对流换热，能量方程为：其中，ρ为密度，kg
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‑3；c
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为定压比热容，J
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kg
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K
‑1；T为温度，K；t为时间，s；为哈密顿算子；λ为导热系数，W
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‑1·
K
‑1；Q为内热源，W
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‑3。3.根据权利要求2所述的基于计算传热学模拟的碳化硅真空烧结炉优化方法，其特征在于，所述步骤一中，采用离散纵坐标DO辐射模型，辐射传热模型为：其中，r为辐射方位角法向向量；l为辐射沿程长度向量，l
′
为散射方向；α为材料吸收系...
【专利技术属性】
技术研发人员：张登春，熊梨，宋石初，陈霖，
申请(专利权)人：湖南诺伯特高温设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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