电子束熔炼用水冷铜坩埚水道数值模拟

摘要

坩埚水道设计,是一项既重要又困难的工作.水冷铜坩埚水道直径和分布情况直接决定着坩埚冷却效率和安全性.本文的目的是,通过数值模拟的方法,研究水道设计对坩埚冷却效率的影响.本文分为三个部分:第一,建立模型.根据以往坩埚击穿实验中进出水温度,坩埚熔化面积,电子枪功率等参数以及流体力学和传热学相关知识,建立并修正模型.第二,数值模拟.研究两种坩埚(坩埚a和坩埚b),它们外形尺寸相同,但是水道分布截然不同.在相同热源下,两种坩埚进行金属熔炼.根据模型,利用CFD软件Fluent对两种坩埚熔炼过程进行模拟.实现冷却水,高温液态金属和铜坩埚的三相耦合.第三,结果分析.通过数值模拟,得到熔炼金属和冷却水的温度场合流场.结果表明:与坩埚b相比,坩锅a出水压力较低,出水温度较高0.3°C,但熔炼金温度高318°C.说明坩埚a冷却效率也更高.