Тепловые режимы поверхностной термической обработки объекта движущимся тепловодом с конечноразмерной зоной воздействия

М. И. Бирюков; А. А. Хвостов; Д. А. Коновалов; А. В. Иванов

Тепловые режимы поверхностной термической обработки объекта движущимся тепловодом с конечноразмерной зоной воздействия

М. И. Бирюков, А. А. Хвостов, Д. А. Коновалов, А. В. Иванов

Аннотация

Предложен подход к оценке чувствительности температурного поля в объекте поверхностной термической обработки к вариации возмущений параметров процесса теплопереноса от движущегося поверхностного теплового источника. Разработана математическая модель, описывающая процесс теплообмена в квадратной области с движущимся по одной из границ тепловым источником и окружающей среды с учетом потерь, отражения тепловой энергии от объекта, его вторичного излучения и конвективного теплообмена с окружающей средой. Решение уравнений математической модели осуществлено методом конечных элементов. Проведены вычислительные эксперименты, позволившие качественно и количественно оценить влияние возмущений. В качестве критерия чувствительности выбрано отношение изменения максимальной температуры в зоне теплового контакта к вариации исследуемого фактора. В результате исследования получены относительные оценки степени влияния при различных соотношениях мощности теплового источника и геометрических размеров области.

DOI: 10.71759/z8fb-bn86

Ключевые слова

термическая обработка, движущийся тепловой источник, математическое моделирование

Полный текст:

PDF

Литература

Hahn, D. W., Ozisik, M. N. Moving heat source problems. Heat Conduction. Chapter 11, pp. 433 – 451. – NY: John Wiley & Sons Inc., 2012. — pp. 433 – 451.

Panas, A. I. Moving heat sources. Encyclopedia of Thermal Stresses, chapter 688. – Dordrecht: Springer Science + Business Media, 2014. — pp. 3215 – 3227.

Varghese, V. M. Joy; Suresh, M. R.; Kumar, Siva D. Recent developments in modeling of heat transfer during TIG welding — a review // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. — 2013. — 64(5 – 8), pp. 749 – 754.

Chu K. F., Dupuy D. E. Thermal ablation of tumours: biological mechanisms and advances in therapy // Nat Rev Cancer. — 2014. — 14(3). — pp. 199 – 208.

Ramaswamy H., Tang J. Microwave and Radio Frequency Heating // Food Science and Technology International. — 2008. — № 14(5). pp. 423 – 427.

Osman T., Boncheffa A. Analytical solution for the 3D study conduction in a solid subjected to a moving rectangular heat source and surface cooling // C. R. Mecanique — 2009. — Vol. 337. — pp. 107 – 111.

Hu Z., Liu Z. Heat conduction simulation of 2D moving heat source problems using a moving mesh method // Adv. In Mathematical Physics. — 2020. — Article ID 6067834.

Zhang, B., Moser, M. A. J., Zhang, E. M., Luo, Y., Liu, C., & Zhang, W. A review of radiofrequency ablation: Large target tissue necrosis and mathematical modelling // Physica Medica. — 2016. — 32(8). — pp. 961 – 971.

Murphy, A. B., & Lowke, J. J. Heat Transfer in Arc Welding // Handbook of Thermal Science and Engineering. — 2017. P. 1 – 72.

Datta, A. K., & Ni, H. Infrared and hot air-assisted micro-wave heating of foods for control of surface moisture // Journal of Food Engineering. — 2002. — 51. — pp. 355 – 364.

Резников, А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов / А. Н. Резников. — М.: Машиностроение, 1981. — 279 с.

Shin, M. K., Park, J. M., Lim, H. K., Choi, J. H., Baek, J. H., Kim, H. J., Koh J. S., Lee M. H. / Characterization of microthermal zones induced by fractional radiofrequency using reflectance confocal microscopy: A preliminary study // Lasers in Surgery and Medicine. — 2013. — 45. — pp. 503 – 508.

Ai H, Wu S, Gao H, et al. Temperature distribution analysis of tissue water vaporization during microwave ablation: Experiments and Simulations // Int J Hyperthermia. — 2012. — 28(7). — pp. 674 – 685.

Горбач, И. М. Определение оптимальных параметров режима лазерной сварки разнородных сплавов на основе никеля / И. М. Горбач, А. Б. Булков, В. Ф. Селиванов, И. Б. Корчагин // Вестник Воронежского государственного технического университета. — 2023. № 6(19). — с. 177 – 182.

Головин, Д. Ю. Динамические термографические методы неразрушающего экспресс-контроля / Д. Ю. Головин, А. И. Тюрин, А. А. Самодуров, А. Г. Дивин, Ю. И. Головин. — М.: Техносфера, 2019. — 213 с.

Modest M. F. Radiative Heat Transfer — 4th Edition / F. Michael. — NY, SF, London: Academic Press Elsevier Inc. 2021.

Колодежнов, В. Н. Безразмерные комплексы и критерии подобия в гидроаэромеханике: справочник / В. Н. Колодежнов. — Воронеж: Воронежский госпедуниверситет, 2011. — 580 с.