При первой прошивке начальное поле температур задается равномерным и равным температуре окружающей среды
При охлаждении оправки в качестве начального условия принимается температурное поле, полученное в конце нагрева оправки (в конце прошивки):
Для второго и последующих циклов нагрева и охлаждения за начальное условие также принимается температурное поле предыдущего процесса теплообмена.
Граничные условия (на границе в нерегулярных узлах).
Применяются условия второго рода (условия Неймана): на поверхности задается плотность теплового потока как функция от температуры и координаты
Граничные условия на границе металл - оправка при нагреве.
Граничные условия в области раздела деформируемый металл - оправка задаются через плотность теплового потока с учетом теплоты, выделяемой при работе сил трения и температурного сопротивления слоя окалины:
где
Граничные условия при охлаждении оправки (граничные условия третьего рода).
При расчете охлаждения оправки между прошивками применяются граничные условия третьего рода (используется температура окружающей среды
где
При интенсивном охлаждении оправки
В этом случае
Граничные условия на четвертом участке.
Граничные условия вдоль оси Oz на четвертом участке задаются при допущении отсутствия теплообмена на этой границе:
В общем виде уравнение теплопроводности записывается так:
где
Поскольку внутренних источников тепла нет, то уравнение записывается так:
Поскольку прошивная оправка представляет собой тело вращения, то удобно использовать цилиндрическую систему координат. На первом участке для повышения точности решения применена сферическая система координат. Уравнение теплопроводности для сферической системы координат (участок I):
Для цилиндрической системы координат (участки II, III и IV):
В уравнениях
Для центра сферы уравнение теплопроводности записывается следующим образом:
Для оси центра:
Для выделения единственного решения дифференциального уравнения применяются описанные выше условия однозначности [3], [4].
Для решения дифференциального уравнения теплопроводности (2.36) с соответствующими начальными и граничными условиями применяется метод конечных разностей. Конечно-разностная сетка изображена на рис.3.1 Каждый узел сетки нумеруется в виде
Для аппроксимации дифференциальных уравнений теплопроводности (2.37) - (2.40) применяется неявная консервативная итерационная разностная схема, реализуемая методом Гаусса-Зейделя. Суть этого метода заключается в том, что при расчете температуры