熱等靜壓機均勻快冷系統(tǒng)設計和仿真分析.pdf

1、熱等靜壓（Hot Isostatic Pressing，簡稱HIP）是一種先進的燒結工藝，在密閉的壓力容器中，以高壓氬氣（或氮氣）為介質(zhì)，對其中的粉末或待燒結的坯料（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。熱等靜壓技術廣泛應用于航空、航天、船舶、兵器、核工業(yè)等軍工領域。如，飛機、航天器、大型運載火箭、導彈、雷達等關鍵零件的制造。
　　

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

3、是20年前的60%左右，推動了熱等靜壓技術的應用和發(fā)展。
　　根據(jù)我國熱等靜壓技術的發(fā)展需求，結合典型熱等靜壓機技術指標，主要以航空航天領域的高溫合金鑄件致密化處理和高溫粉末—近凈成型為應用目標。確定RDJ1250/2000-200.1400型熱等靜壓機為研究目標，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備，裝備URC系統(tǒng)的數(shù)量較多，便于試驗數(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)技術指標、熱等靜壓機均勻冷卻原理結構和三維模型，建立數(shù)學模型（包括靜態(tài)和動態(tài)模型），推導出計算公式。通過數(shù)學模型描述冷卻過程，為冷卻系統(tǒng)設計提供理論依據(jù)，并滿足工程應用要求。通過仿真分析和實物驗證修正數(shù)學模型，提高數(shù)學模型的計算精度。
　　本文通過Solid Edge V19三維CAD軟件建立熱等靜壓機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