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专利号: 2019113662686
申请人: 湘潭大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种风口套最大热应力的实时评估方法,应用于炼铁高炉的风口套中;所述风口套是一个具有半封闭夹层的近似筒形构件,它包括风口套外壁面(1)、风口套壁(2)、循环水腔壁面(3)、循环水腔(4)、热风出口(5)、热风腔(6)、循环水进口(7)、风口套内壁面(8)、热风进口(9)和循环水出口(10);其特征在于:所述风口套最大热应力的实时评估方法,按照一定的时间间隔,依次循环进行以下步骤:步骤1、采集风口套外壁面(1)的温度、热风进口(8)的风速及风温、循环水进口(7)的水流速度及水温值;

步骤2、建立并求解风口套共轭传热数值计算模型,获得风口套壁(2)的温度分布;

步骤3、建立并求解风口套壁(2)的热-结构静力学计算模型,获得风口套壁(2)的热应力分布;

步骤4、输出风口套壁(2)的热-结构静力学计算结果中的风口套壁(2)的最大应力值。

2.根据权利要求1所述风口套最大热应力的实时评估方法,其特征在于:所述一定的时间间隔,为5分钟至2小时之间固定的时间间隔。

3.根据权利要求1所述风口套最大热应力的实时评估方法,其特征在于:步骤2中所述的建立风口套共轭传热数值计算模型,其过程包括以下子步骤:子步骤S1、绘制由风口套壁(2)、热风腔(6)和循环水腔(4)三部分结构共同构成的风口套三维几何模型,划分数值计算用网格,并导入计算流体力学软件CFX中;

子步骤S2、在计算流体力学软件CFX中,设置风口套壁(2)为固体域且其材质为铜,循环水腔(4)为流体域且其材质为水,热风腔(6)为流体域且其材质为空气;

子步骤S3、进行边界条件的设置:设置风口套外壁面(1)的温度为步骤1采集得到的外壁面温度值,设置热风进口(8)的风速及风温为步骤1采集得到的风速及风温,设置热风出口(5)的相对压力为0,设置循环水进口(7)的水流速度及水温值为步骤1采集得到的水流速度及水温值,设置循环水出口(9)的相对压力为0,设置风口套内壁面(8)为风口套壁(2)和热风腔(6)之间的共轭传热边界面,设置循环水腔壁面(3)为风口套壁(2)和循环水腔(4)之间的共轭传热边界面。

4.根据权利要求3所述风口套最大热应力的实时评估方法,其特征在于:步骤3中所述的建立风口套壁(2)的热-结构静力学计算模型,其过程包括以下子步骤:子步骤O1、绘制风口套壁(2)的三维几何模型,划分数值计算用网格,并导入结构力学计算软件中;

子步骤O2、在结构力学计算软件中,设置风口套壁(2)的材质为铜,并添加相应的密度、弹性模量、泊松比、导热系数和比热容的材料属性;

子步骤O3、设置风口套外壁面(1)为固定状态,导入步骤2获得的风口套壁(2)的温度分布,设置模型参考温度为风口套壁(2)的温度分布的最小值。

5.权利要求4所述风口套最大热应力的实时评估方法,其特征在于:子步骤O1中所述的风口套壁(2)的三维几何模型,与子步骤S1中的风口套三维几何模型,采取完全一样的坐标系设置。

6.权利要求1所述风口套最大热应力的实时评估方法,其特征在于:步骤2中所述的风口套壁(2)的温度分布,为式(1)所示矩阵形式:式(1)中,xi、yi、zi和ti分别为风口套共轭传热数值计算模型中网格节点i处的x坐标值、y坐标值、z坐标值和温度值,i=1,2,3,…n。

7.一种用于实现权利要求1-6中任一项所述风口套最大热应力的实时评估方法的评估系统,其特征在于:它包括数据采集模块、数据存储模块、数据运算模块和数据显示模块;所述数据采集模块、数据运算模块和数据显示模块均与数据存储模块相连;其中,数据采集模块:用于按照一定的时间间隔,实时采集高炉风口套外壁面(1)的温度、热风进口(8)的风速及风温、循环水进口(7)的水流速度及水温值;

数据存储模块:用于存储数据采集模块、数据运算模块提供的数据,并将风口套最大热应力的实时评估结果提供至数据显示模块;

数据显示模块:用于实时显示风口套最大热应力的评估结果;

数据运算模块:通过数据存储模块获得数据采集模块采集得到的高炉风口套外壁面(1)的温度、热风进口(8)的风速及风温、循环水进口(7)的水流速度及水温值数据,并依次进行风口套共轭传热数值计算模型的建立与求解、风口套壁(2)的热-结构静力学计算模型的建立与求解,最终输出计算得到的风口套最大热应力值至存储模块。