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申请/专利权人：北京科技大学

摘要：本发明公开了加热炉钢坯三维传热温度场预测模型及其构建方法，属于加热炉温度场预测领域，包括全炉参数调用模型、炉段三维传热模型、钢坯三维导热模型、参数读取模型；其中，全炉参数调用模型，用于对全炉参数信息进行调用；炉段三维传热模型，用于根据全炉参数信息，计算每个炉段的辐射换热热流密度和对流换热系数；钢坯三维导热模型，用于更新钢坯的三维温度场，再将钢坯表面温度传递至炉段三维传热模型中计算更新后的辐射换热热流密度和对流换热系数。本发明采用上述加热炉钢坯三维传热温度场预测模型及其构建方法，可以解决现场实验受到的一系列限制，具有成本低、速度快、精度高等优势。

主权项：1.加热炉钢坯三维传热温度场预测模型的构建方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、利用参数读取模型读取全炉参数信息，并基于全炉参数信息，利用全炉参数调用模型将加热炉划分为多个炉段，且设定每个炉段内均包括多个钢坯；加热炉钢坯三维传热温度场预测模型，包括全炉参数调用模型、炉段三维传热模型、钢坯三维导热模型、参数读取模型；其中，全炉参数调用模型，用于对全炉参数信息进行调用，全炉参数包括炉型结构信息、炉内梁位置信息、炉温信息、装钢信息和出钢信息；炉段三维传热模型，用于根据全炉参数信息，计算每个炉段内的钢坯、炉气、炉衬之间的辐射换热热流密度；并根据经验公式计算每个炉段内钢坯表面对流换热系数；钢坯三维导热模型，用于将辐射换热热流密度、对流换热系数作为钢坯边界条件，在上一个迭代时间步的基础上，离散化各个钢坯的三维瞬态导热微分方程，计算三维瞬态导热，更新钢坯的三维温度场，再将钢坯表面温度传递至炉段三维传热模型中计算更新后的辐射换热热流密度和对流换热系数；S2、利用蒙特卡罗方法计算加热炉内各个表面之间的角系数，生成角系数文件；步骤S2具体包括以下步骤：首先在求解加热炉内的封闭空间中有辐射参与性气体的辐射换热时，做如下假设：假设加热炉内的封闭空间中充满辐射参与性气体，且其浓度、温度、压力的空间分布是均匀的，不考虑气体的散射、反射特性，辐射参与性气体为灰体，其热辐射的吸收率Ag和透射率Dg之和为1：Ag+Dg＝11同时假设组成加热炉内的封闭空间的N个表面均为灰体，并且各个表面的温度分布是均匀的；然后采用辐射热阻网络法，在加热炉内的封闭空间中的N个表面中，有M个表面的温度是已知的，记为Ti，i＝1～M；其余N-M个表面的热流量是已知的，记为Qi，i＝M+1～N，则炉内辐射换热方程的形式如下： 式中：表示边界条件的类型，当时，表示k表面是定壁温边界条件，当时，表示k表面是定热流边界条件；δki为二值函数,Fk为表面k的面积；εk为表面k的发射率；Ag为辐射参与性气体吸收率；εg为辐射参与性气体的发射率；Tg为辐射参与性气体温度；σ为斯特藩玻尔兹曼常数；Tk为表面k的温度；fk-i为k对i的角系数；最后，采用LU分解法求解公式2得到各个表面的净辐射热流Qk： 式中：Jk为加热炉内各个表面的有效辐射；S3、基于生成的角系数文件求解辐射换热热流密度，同时利用经验公式根据炉内高温烟气的流动估计对流换热系数；S4、将辐射换热热流密度、对流换热系数作为钢坯边界条件，而后离散化各个钢坯的三维瞬态导热微分方程，计算三维瞬态导热，更新钢坯的三维温度场；步骤S4具体包括以下步骤：首先设定如下三维瞬态导热微分方程： 式中：T为钢坯温度，单位为K；λ为钢坯热导率，单位为Wm·K；ρ为钢坯材料密度，单位为Kgm3；c为钢坯材料的比热容，单位为Jkg·K；t为加热时间，单位为s；而后设定钢坯传热模型的初始温度均匀且为环境温度，且设定在加热炉内，钢坯表面的换热条件为第三类边界条件，则钢坯边界条件为： 式中：hcov为对流换热系数，单位为Wm2·K；qrad辐射换热热流密度，单位为Wm2；Tf为炉温，单位为K；Ts为钢坯表面温度，单位为K；最后采用隐式差分方法对公式5进行离散化，再采用高斯赛德尔迭代法求解；S5、将计算得到的钢坯的三维温度场反馈至步骤S3中，更新辐射换热热流密度和对流换热系数，直至满足迭代条件，按照审定时间间隔输出钢坯的三维温度场。

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