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专利号: 2021101545161
申请人: 东华理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于蒙特卡洛模型的有效发射率校正的钢包内壁红外温度测量方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤S1、钢包腔体蒙特卡洛有效发射率计算模型的建立及分析;

步骤S2、光线逆向追迹法进行钢包内壁有效发射率影响分析;

钢包腔体蒙特卡洛有效发射率计算模型的建立及分析包括如下步骤:步骤S11、建立钢包腔体蒙特卡洛有效发射率计算模型,分析钢包口挡板到钢包口的距离、钢包内壁材料发射率对钢包腔体有效发射率的影响,通过有效发射率计算模型将钢包内壁红外测温亮度温度校正为真实温度;

其中,Rm为钢包内壁口半径,Rb为钢包内壁底部半径,H为钢包内壁高度,θ为钢包内壁倾角,D为测量工位钢包口挡板的测温开孔,L为开孔D的长度,W为开孔D的宽度;

步骤S12、假设有N根光束从开口处D入射到钢包内壁微面元(被测点)dx0,且每根光束携带等量辐射能,定义dx0有效吸收率 为dx0有效吸收能与入射总能量之比,T0为钢包腔体的参考温度,则:

式中:Na为被钢包腔体吸收的光束数目;

式中:Nax0为dx0处吸收光束数;Nρx1为dx0反射到钢包内壁微面元dx1的光束数;Nax1为dx0反射光束中被dx1吸收的光的束数;Nρx2为dx1反射到钢包内壁微面元dx2的光束数;Nax2为dx1反射光束中被dx2吸收的光的束数;Tx1为dx1的当前温度;Ib(Tx1)为dx1当前辐射能;Ib(Tx2)为dx2当前辐射能;Ib(T0)为微面元在参考温度T0的辐射能;∑(i)为所有第i次反射后被吸收的光束能量的比例;

假设钢包腔体等温, 其中,Txi为光束第i次反射与钢包内壁面相交的微面元dxi的当前温度;Ib(Txi)为dxi当前辐射能,式(2)化简为:Na=Na0+Na1+Na2+L+Nai+L    (3)式中:Nai表示第i次反射被吸收的光束数;

当钢包腔体处于热辐射平衡时,dx0的有效发射率 数值上等于吸收率 故:式中:Nρ为逸出钢包腔体的光束数;

当钢包腔体不等温时,dx0有效发射率 可表示为:式中: 为dx0在参考温度T′0下的有效发射率; 为dx0在参考温度下T0下的有效发射率; 为dx0在参考温度T′0、T0下黑体辐射能的比值;

采取不等温系数Δζ来修正钢包内壁微面元dxi发射率:由钢包腔体不等温分布的现场实验统计,以钢包口平面为钢包内壁高度零坐标平面,得出:

式中:H为钢包内壁高度;hi为dxi的高度坐标,hi∈[0,H]。

2.根据权利要求1所述的一种基于蒙特卡洛模型的有效发射率校正的钢包红外温度测量方法,其特征在于,所述步骤S2包括光线逆向追迹法以及钢包内壁有效发射率影响、计算。

3.根据权利要求2所述的一种基于蒙特卡洛模型的有效发射率校正的钢包红外温度测量方法,其特征在于,光线逆向追迹法包括如下步骤:步骤S21、沿着钢包口平面向钢包内壁底部平面方向,在钢包纵切面与钢包内壁相交线上均匀选取被测点dxi,取N根光束,设N根光束在dxi均匀分布,对每一根光束进行跟踪;

步骤S22、设钢包内壁的所有微面元材料发射率为ε,用随机数Re判断光束是否被吸收;

若Re≤ε,则光束被吸收,记录吸收光束数Na=Na+1,停止对该光束跟踪,继续对下一根光束跟踪;

步骤S23、若随机数Re>ε,则光束被反射,取另一随机数Rs,若Rs<ρs/ρ(ρs/ρ为钢包内壁材料镜反射率),则为镜反射,否则为漫反射,镜反射根据几何光学反射定律求反射光束的方向;漫反射则选取两随机数Rθ、Rφ随机确定光束反射方向,其中,Rθ、Rφ分别为光束与反射点所在切面的水平与垂直夹角;

步骤S24、求出反射光束方程,并求出它与钢包内壁的下一个交点,重复步骤S22到步骤S23直至光束被吸收或从钢包口逸出;

步骤S25、统计吸收光束数Na,根据 求得此微面元有效发射率;

步骤S26、根据 修正dxi的有效发射率;逐点遍历完成钢包内壁所有点的有效发射率计算。

4.根据权利要求2所述的一种基于蒙特卡洛模型的有效发射率校正的钢包红外温度测量方法,其特征在于,钢包内壁有效发射率影响、计算时,确定钢包内壁口半径,钢包内壁底部半径,钢包内壁高度,钢包内壁倾角;测量工位钢包口挡板开口长度、宽度;钢包内壁材料发射率,钢包内壁材料镜反射率;模拟入射光束总数;

均匀选取过钢包中轴线的钢包纵切面与钢包内壁相交线上200个点作进行蒙特卡洛分析计算,由钢包的对称性得出钢包内壁整体的有效发射率分布情况。

5.根据权利要求4所述的一种基于蒙特卡洛模型的有效发射率校正的钢包红外温度测量方法,其特征在于,影响钢包内壁观测点有效发射率 的主要因素为钢包口挡板到钢包口的距离DC‑M与钢包内壁材料发射率ε;

在钢包内壁上选取3个具有代表性的采样点作为观测点,首先在ε固定的前提下,分析DC‑M对各观测点 的影响,结合现场工况,确定DC‑M取值,其中,选定ε为0.85;然后在选定的DC‑M条件下,分析ε对各观测点 的影响。

6.根据权利要求5所述的一种基于蒙特卡洛模型的有效发射率校正的钢包红外温度测量方法,其特征在于,3个采样点分别为过钢包中轴线的钢包纵切面与钢包内壁相交线上钢包内壁钢包口端点、中点、底部点。