中国明升m88国际 网讯，2025年，真空炉行业在技术创新和应用拓展方面取得了显著进展。随着材料科学、航空航天、电子等领域的快速发展，真空炉作为高温真空环境下的重要设备，其温度场的均匀性和精确控制成为研究的重点。本文将探讨真空炉温度场模拟的研究进展，包括测试方法、计算模型、网格划分、辐射模型以及影响温度场的因素，展示其在现代工业中的重要性和未来发展方向。

  一、真空炉温度场测试方法

  《2025-2030年中国真空炉产业运行态势及投资规划深度明升88网址 》指出，真空炉的温度场测试是评估其性能的关键环节。温度均匀性是评价真空炉性能的核心指标，反映了炉内各测试点的最高和最低温度与控制点的偏差。

  (一)非接触式测温

  非接触式测温具有高精度、广范围、快响应且不会破坏真空炉内温度场等优势，主要包括辐射测温和声学测温。常见的辐射测温仪有亮度温度计、单色辐射温度计、比色温度计、红外热像仪及多波长温度计。

  (二)接触式测温

  接触式测温主要采用热电偶，其测温精度较高，但受热电偶数量、位置及测温范围限制。

  二、真空炉温度场模拟研究

  (一)温度场计算数学模型

  数值模拟是研究和优化真空炉内温度均匀性的重要手段。目前主要的温度场求解方法包括经典区域法、Galerkin有限元法与Monte Carlo法。

  (二)真空炉温度场有限元模拟

  网格划分

  网格划分方法是影响计算精度与效率的核心要素。

  直线划分法构建网格效率高，计算效率高真空炉内部结构简单，温度场呈线性变化的区域形状复杂或温度梯度较大的真空炉计算精度低

  Delaunay三角形法离散几何特征，有助于捕捉温度梯度和热流变化炉内复杂区域划分对边界条件敏感，需合适算法和参数设置

  Voronoi剖分自动化程度高，可保持内部连续性真空炉内温度源的热影响区域单位尺寸与几何特征失配，多区域交界处数值接口不协调

  扫掠法自动化程度高，可保持内部连续性真空炉有拉伸形状或旋转的部件网格密度及精度难以控制，边界单元规整性差

  映射法将目标区域离散为子区域，网格密度难以控制规则形状几何体，模拟精度要求不高场景映射函数的选择

  自动划分法自动生成网格，单元数量多，计算效率低具有复杂曲面的加热元件、形状不规则的工件等真空炉生成的网格可能较为密集，需优化以提高计算效率

  自由划分法自动生成网格，单元数量多，计算效率低具有复杂曲面的加热元件、形状不规则的工件等真空炉生成的网格可能较为密集，需优化以提高计算效率

  混合划分法结合多种网格方式，各部位综合优化模拟精度要求高，且形状复杂的真空炉需对不同网格方式的优缺点有深入了解

  自适应划分基于误差估计，误差较大的区域自动进行网格细化真空炉内温度变化剧烈的区域误差阈值设置依赖经验，动态调整导致时程数据不连续

  边界条件及辐射模型

  边界条件设置需要考虑模型的几何形状、物理特性及所模拟的物理过程。真空炉的边界条件通常包括壁面、加热和冷却器、温度、真空度、材料特性、辐射及对流换热等。

  DO模型计算精度高，适用于复杂场景高精度复杂场景高大

  MC模型计算精度高，适用于高精度模拟需要极高精度的场景最高最大

  DTRM模型计算简单，适用于光学深度较小的情况光学深度较小的情况中中

  S2S模型计算快速，适用于无介质参与的封闭空间无介质参与的封闭空间高小

  P1模型适用于光学厚度适中且需要考虑物质散射的情况光学厚度适中，且需要考虑物质散射的情况中中

  ROSSELAND模型计算快速，适用于光学厚度较低的场景光学厚度较低的场景低小

  三、真空炉温度场的影响因素

  (一)加热体对温度场的影响

  加热体的形状、数量、尺寸、布局和功率等参数通过热传导、热辐射及对流换热的方式影响真空炉温度场的分布。研究表明，适当增大升温速率和石墨加热管直径可提高加热效率和炉温均匀性。加热体产生的焦耳热与散热动态平衡，若功率密度过高会形成局部热点，而功率梯度分布则能主动补偿炉体边界的热损失。

  (二)真空炉工艺参数对温度场的影响

  加热体功率、升温速率及保温时间等是控制真空炉温度场的核心参数。研究表明，升温速率对工件最大温差影响较大，优化加热工艺后可减小工件温差，缩短加热时间。加热温度越低，加热速率越快，滞后时间越长，而加热温度对滞后影响更显著。

  (三)多物理场耦合对真空炉温度场的影响

  多物理场耦合效应对真空炉温度分布、均匀性及工艺控制的影响已成为核心研究方向。研究表明，热-流-固耦合、热-电耦合、热-磁流耦合等复杂物理相互作用显著影响着温度场特性。例如，热-流-固耦合模型揭示了钛合金板翅结构真空钎焊过程中温度场非均匀性特征，发现流体速度差异导致的温度梯度是结构变形的主要诱因。

  (四)其他影响因素

  真空炉行业现状分析指出，炉内真空度与气氛也是影响温度场和工件热处理质量的重要因素。真空度的高低不仅会显著影响炉内气体的对流与辐射传热效率，还会影响气氛组成如氧分压等及其含量的变化，进而直接干扰材料的加热速率及化学反应。此外，隔热屏设计对炉内温度场具有显著影响，增加石墨毡厚度可优化真空电阻炉的热损失，保温效果提高70%。

  四、总结与展望

  本文从真空炉温度场的测试、网格划分、辐射模型及影响炉内温度场的因素等方面，综述了真空炉温度场的研究进展。结果表明，接触式测温适于高精度温度测量场景，常用测温方式为九点测温法，若工作区容积较大应适当增加测温点。温度场的计算数学模型和网格划分方法需根据真空炉的结构与模拟需求而定，DO模型计算效率及精度较好，常用作真空炉模拟的辐射模型。影响温度场的关键因素除了加热体和工艺参数外，亦需考虑炉内真空度、气氛、隔热屏、工装设计及多物理场耦合等。未来真空炉温度场研究应聚焦于：1)结合温度与流场等多物理场的耦合模拟及实验验证，构建“真空炉结构设计—温度场分布—产品合格率”的综合优化数据库;2)将温度场模拟技术与神经网络算法深度融合，开发出高效的炉内温度场预测系统;3)实施真空炉的模块化设计策略，依据不同生产工艺需求灵活组合成相应的炉型，以提升炉内温度均匀性适应生产的动态变化。