ارائه یک مدل عددی سه بعدی جهت بررسی عمق نفوذ کربن و جریان گاز در فرایند کربن دهی گازی

در این مقاله یک مدل عددی سه بعدی از کوره کربن دهی گازی با شکل هندسه پیچیده جهت بررسی عمق نفوذ کربن از رروی سطح قطعه و مطالعه نحوه جریان گاز در داخل کوره ارائه شد. برای محاسبه عمق نفوذ کربن، با استفاده از مدل ریاضی، مقدار گردایان کربن در سطح فولاد بدست آمد. علاوه بر آن مدل توانایی پیشگویی نحوه جریان گاز در داخل کوره و چگونگی توزیع درجه حرارت و توزیع جرم واکنش دهنده های گازی را دارا است. برای این منظور معادلات حاکم بر فرآیند شامل معادله پیوستگی و معادلات حاکم بر انتقال مومنتم، حرارت و جرم واکنش دهنده ها و شرایط مرزی مناسب با شرایط کار کوره با توجه به فرآیند ارائه شد. چون معادلات حاکم بر فرآیند بشکل مشتقات جزیی غیر خطی هستند، از روش المان حجمی بر مبنای تفاضل محدود و انطباق محورهای مختصات برای تبدیل معادلات حاکم به معادلات جبری استفاده شد. سپس معادلات جبری با روش SIMPLER حل شد. اعتبار و صحت مدل عددی ارائه شده در این بررسی، با مقایسه عمق نفوذ کربن محاسبه شده از مدل عددی و نتایج آزمایشگاهی منتشر شده مشخص شد. از این مقایسه معلوم شد که تطبیق نتایج محاسبه شده با داده های آزمایشگاهی خوب است و مدل قادر به محاسبه نتایج صحیح با دقت بالا در کوره های کربن دهی گازی مداوم می باشد. بنابراین از این مدل می توان در طراحی و بکارگیری کوره های کربن دهی گازی مداوم استفاده نمود.

کلیدواژه ها:

کربن دهی گازی ، مدل عددی ، سختگردانی سطحی ، جریان گاز ، نفوذ کربن