熱等靜壓機(jī)均勻快冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真分析.pdf

1、熱等靜壓（Hot Isostatic Pressing，簡稱HIP）是一種先進(jìn)的燒結(jié)工藝，在密閉的壓力容器中，以高壓氬氣（或氮?dú)猓榻橘|(zhì)，對(duì)其中的粉末或待燒結(jié)的坯料（或零件）施加各向均勻等靜壓力，形成高致密度坯料（或零件）的方法。熱等靜壓的常用工作溫度1000～1800℃、工作壓力100～200MPa。熱等靜壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、兵器、核工業(yè)等軍工領(lǐng)域。如，飛機(jī)、航天器、大型運(yùn)載火箭、導(dǎo)彈、雷達(dá)等關(guān)鍵零件的制造。
　　

2、熱等靜壓技術(shù)經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，持續(xù)不斷創(chuàng)造著奇跡，從試驗(yàn)室技術(shù)研究到現(xiàn)在滲透到各行各業(yè)。在西方發(fā)達(dá)國家，熱等靜壓處理技術(shù)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦合金、高溫合金零部件強(qiáng)制性的工藝措施，以提高產(chǎn)品致密度，消除材料缺陷等。隨著熱等靜壓技術(shù)的不斷發(fā)展，熱等靜壓機(jī)朝著大規(guī)格方向發(fā)展，縮短處理周期，降低處理成本。熱等靜壓機(jī)的均勻快速冷卻（URC）技術(shù)，可以大幅度縮短HIP處理時(shí)間。熱等靜壓機(jī)降溫時(shí)間通常可以縮短80％至95%。目前，HIP處理費(fèi)用大約

3、是20年前的60%左右，推動(dòng)了熱等靜壓技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。
　　根據(jù)我國熱等靜壓技術(shù)的發(fā)展需求，結(jié)合典型熱等靜壓機(jī)技術(shù)指標(biāo)，主要以航空航天領(lǐng)域的高溫合金鑄件致密化處理和高溫粉末—近凈成型為應(yīng)用目標(biāo)。確定RDJ1250/2000-200.1400型熱等靜壓機(jī)為研究目標(biāo)，URC速率大于30℃/min。這也是國際上高溫合金致密化處理的典型設(shè)備，裝備URC系統(tǒng)的數(shù)量較多，便于試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較。
　　本文基于 Flowmaster軟件的熱流

4、體系統(tǒng)仿真分析功能，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)、熱等靜壓機(jī)均勻冷卻原理結(jié)構(gòu)和三維模型，建立數(shù)學(xué)模型（包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型），推導(dǎo)出計(jì)算公式。通過數(shù)學(xué)模型描述冷卻過程，為冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，并滿足工程應(yīng)用要求。通過仿真分析和實(shí)物驗(yàn)證修正數(shù)學(xué)模型，提高數(shù)學(xué)模型的計(jì)算精度。
　　本文通過Solid Edge V19三維CAD軟件建立熱等靜壓機(jī)URC三維模型，以STAR-CCM+軟件作為主要研究工具，建立了熱等靜壓爐的非穩(wěn)態(tài)數(shù)值仿真模型，從理論上分