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模型简化假设硅碳棒材料视为各项同性材料,且其热物性参数不随温度发生变化;由于镁粉具有良好的导热性,且镁粉与镍铬丝和外层不锈钢完全接触,忽略其间的接触热阻,即镍铬丝通电发热所产生的热量都传递给了镁粉和外层不锈钢;硅碳棒的直径为4.90_o.os,而模具硅碳棒的安装孔的直径为4.9*o.oi0,因此硅碳棒与硅碳棒安装孔之间存在一定的径向间隙,存在有限空间的自然对流传热情况。根据流体流动状态判据得到硅碳棒表面流体处于层流状态,由Nu。值得到硅碳棒表面的等效热导率为3.6x10-'W/m·K,远远小于硅碳棒各部分材料的热导率,因此在模拟中忽略硅碳棒表面的导热率,即边界处处于绝热状态。式(1)中,Gr为格拉晓夫数;Pr为普朗特数;a。为体积膨胀系为运动私度;g为重力系(/(m·s-z);△:为热力学温度差/K;8为径向空隙。边界条件和初始条件的确定边界条件的确定电热丝与镁粉之间。由于电热丝的表面热流密度已知,即功率密度为3x105W/扩,属于第2类边界条件,其换热边界条件的表达式可以写为式中9为热流密度/(W·m_z).为导热系数/(W·(m·K器为温度梯度。镁粉与外层不锈钢之间。由于不考虑电热丝与镁粉之间以及镁粉与外层不锈钢之间接触热阻,因此镁粉与外层不锈钢之间的热流密度等于电热丝的热流密度,属于第2类边界条件,其换热边界条件的表达式与(1)中相同。初始条件的确定根据试模过程的实际环境,设定模具和环境的初始温度为1590,硅碳棒的热流密度3x105W/mz,硅碳棒镍铬丝熔点为900900。基于上述模型,在ANSYS软件中建立硅碳棒截面的1/4模型并设置相应的材料属性。利用四面体单元对模型进行网格划分,待完成所有加载之后,对硅碳棒传热过程的温度场进行求解。由于硅碳棒镍铬丝的熔点为90090,即当镍铬丝上温度超过1173K时,硅碳棒就会失效。图3为通电加热60s时电硅碳棒截面温度分布示意图。由图可知,当通电加57.2s时,镍铬丝中心温度恰好达到900901173K),硅碳棒即将失效。根据以上分析得到加热57.2s时各节点温度分布图以及镍铬丝中心温度变化示意图,分别如图4和图5所示。http://www.guitanbang.net.cn/
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