Trường nhiệt độ là tập hợp các giá trị nhiệt độ của vật tại mọi điểm theo không gian và thời gian. Có nghĩa là trường nhiệt độ phụ thuộc vào không gian và thời gian, đây là trường nhiệt độ không ổn định.
Trong luận văn này, xác định phân bố nhiệt độ theo hướng ngang (vuông góc rãnh cắt) tại các điểm P hình 3.3. Khoảng cách giữa hai điểm liền kề là
5mm, điểm bắt đầu cách đường tâm rãnh cắt là 5mm.
Xét trường hợp khi cắt tấm thép dày h=6mm, nhiệt độ môi trường T0=3030K,
nhiệt dung riêng: c = 636 J.kg-1K-1, khối lượng riêng: ρ= 7850 kg.m-3, e = 2.72, π= 3.14. Thực hiện quá trình cắt tự động bằng plasma khí nén với các thông số chế độ cắt: cường độ dòng điện I, vận tốc cắt v và điện áp U. Đã trình bày, thông số áp suất khí thổi không ảnh hưởng đến năng lượng truyền nhiệt bên trong tấm, nhưng nó chỉ ảnh hưởng đến chất lượng cắt. Do đó chúng tôi chọn áp suất khí thổi P=5,5at cố định trong khi các thông số như: cường độ dòng điện thay đổi I: 40A ÷ 100A; tốc độ cắt thay đổi v : 0,4m/min ÷ 1,3m/min, điện áp thay đổi U = 114V ÷ 120V
Với giả định nhiệt độ không thay đổi theo chiều dày của tấm, quá trình trao đổi nhiệt giữa tấm và không khí là không đáng kể. Do đó, xác định quá trình truyền nhiệt theo hướng ngang Oy.
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
HV: Trần Ngọc Quý 47 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà 3.1.8 Phân bố nhiệt độ hai bên rãnh cắt tính từ tâm nguồn nhiệt
Trong hướng ngang, cần phải phân biệt được các khu vực xung quanh rãnh cắt, vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) và kim loại cơ sở. Nhiệt độ cao và tỷ lệ làm mát sau đó để xác định từng khu vực nhỏ HAZ.
Điều kiện để thực hiện việc xác định phân bố nhiệt độ, chúng tôi xem nguồn nhiệt đứng yên (x1=0) tại thời điểm t. Năng lượng nguồn nhiệt bao gồm năng lượng cần thiết làm nóng chảy kim loại và năng lượng truyền bên trong tấm. Nhiệt độ xác định theo hướng ngang Oy tại các điểm cách tâm đường cắt y = 1÷ 15mm khi ta thay đổi các thông số chế độ cắt như dòng điện, tốc độ cắt, điện áp.
Bảng 3.6: Kết quả phân bố nhiệt độ theo hướng ngang khi v = 0,4m/min
y(mm) I (A) 1 2 3 4 5 10 15 T(0K) (khi: v = 0,4m/min) I = 40 1267 740 564 477 424 318 283 I = 70 1666.5 940 697.5 576.5 504 358.5 310 I = 100 2067 1140 831 676 584 398 337
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
HV: Trần Ngọc Quý 48 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà Bảng 3.7: Kết quả phân bố nhiệt độ theo hướng ngang khi v = 0,85m/min
y(mm) I (A) 1 2 3 4 5 10 15 T(0K) (khi: v = 0,85m/min) I = 40 1202 707 543 460 411 312 279 I = 70 1579.5 896 668.5 555 486.5 349.5 304 I = 100 1987 1100 804 656 568 390 331
Hình 3.5: Đồ thịthay đổi nhiệt độ trên đường vuông góc rãnh cắt khi v = 0,85m/min
Bảng 3.8: Kết quả phân bố nhiệt độ theo hướng ngang khi v = 1,3m/min
y(mm) I (A) 1 2 3 4 5 10 15 T(0K) (khi: v = 1,3m/min) I = 40 1158 686 528 449 402 308 276 I = 70 1521.5 867.5 649.5 540 474.5 344 300 I = 100 1909 1061 778 637 552 383 326
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
HV: Trần Ngọc Quý 49 GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà Hình 3.6: Đồ thịthay đổi nhiệt độ trên đường vuông góc rãnh cắt khi v = 1,3m/min
Nếu ta xét các điểm này tịnh tiến theo hết chiều dài rãnh cắt, ta sẽ có được các đường đẳng nhiệt cách tâm rãnh cắt 5mm nhiệt độ khoảng (400÷6000K),10mm (300÷4000K); 15mm (270÷3300K)
Kết quả tính toán nhiệt độ phân phối dọc theo rãnh cắt ở các chế độ cắt khác nhau được thể hiện trong các bảng 3.6 đến bảng 3.8 và được mô tả từ hình 3.4
đến hình 3. 6. Qua đó, ta thấy rằng khi cắt ở cường độ dòng điện lớn thì có nhiệt
độ cao và vùng ảnh hưởng nhiệt lớn cho dù ta tăng tốc độ cắt. Đây là điều không có lợi trong khi cắt vì nó tăng chi phí khi gia công, làm tăng ứng suất và biến dạng và điều kiện an toàn khi vận hành.