[發明專利]一種層流冷卻溫度場的建模方法及系統

有效

• 申請號: 201310479981.8
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103559334B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 李曦;李雙宏;楊杰;王奕;張琳
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 李智

1.一種熱軋帶鋼層流冷卻溫度場建模方法，包括以下步驟：

（1）帶鋼網格劃分步驟：

將帶鋼沿長度和厚度方向劃分為網格，令第i段第j層的鋼塊表示為（i,j），i＝1,…,M，j＝1,…,N，M表示總段數，N表示總層數；

（2）鋼段冷卻模式確定步驟：

將帶鋼運動轉換為冷水閥門的反向同速運動，計算當前時刻冷水閥門相對帶鋼的位置；若帶鋼的第i段鋼正對冷水閥門處，則判定第i段鋼處于水冷散熱模式，否則，判定第i段鋼處于空冷散熱模式；

（3）鋼塊溫度計算步驟，包括表面鋼塊溫度計算子步驟和內部鋼塊溫度溫度計算子步驟，具體為：

表面鋼塊溫度計算子步驟：計算第i段鋼上表面鋼塊（i,1）和下表面鋼塊（i,N）的熱含量變化dQ_(i,1)＝dQ_(i,N)＝dQ_輻射+dQ_表面對流+dQ_{內節點傳熱}，dQ_輻射表示鋼塊（i,1）或（i,N）表面輻射的熱量變化率，dQ_表面對流表示鋼塊（i,1）或（i,N）在水冷散熱模式下或空冷散熱模式下的對流散熱變化率，dQ_{內節點傳熱}表示鋼塊（i,1）或（i,N）與其同段鋼內相鄰節點的傳熱變化率；對第i段鋼表面鋼塊（i,1）和（i,N）的熱含量變化率積分運算得到鋼塊（i,1）和（i,N）在當前時刻的熱量，進而確定鋼塊（i,1）和（i,N）在當前時刻的溫度；

內部鋼塊溫度溫度計算子步驟：計算第i段鋼內的鋼塊（i,j）,j＝1,…,N-1的熱含量變化率dQ_(i,j)＝dQ_(i,j-1)+dQ_(i,j+1)；對第i段鋼內部鋼塊（i,j）,j＝1,…,N-1的熱含量變化率積分運算得到鋼塊（i,j）,j＝1,…,N-1在當前時刻的熱量，進而確定鋼塊（i,j）,j＝1,…,N-1在當前時刻的溫度。

2.根據權利要求1所述的熱軋帶鋼層流冷卻溫度場建模方法，其特征在于，所述鋼塊（i,1）或（i,N）在水冷散熱模式下或空冷散熱的對流散熱變化率dQ_表面對流的計算方法為：

dQ_表面對流＝F·α·(T′-T₀)·dτ

F為鋼塊（i,1）或（i,N）的表面積，α為水冷散熱模式下或空冷散熱的對流散熱系數，T′為鋼塊（i,1）或（i,N）在前一時刻的溫度值，T₀為帶鋼的初始溫度，τ表示時間。

3.根據權利要求2所述的熱軋帶鋼層流冷卻溫度場建模方法，其特征在于，所述對水冷散熱模式或空冷散熱模式下的流散熱系數α按照如下方式確定：

定義時間段Δτ內，表面積為F的鋼板在水流冷卻或者空氣冷卻作用下由溫度T₁降到T₂，表面積為F的鋼板在時間段Δτ內的散熱量Q_表面對流，計算溫度(T₁-T₂)/2處的對流散熱系數α＝Q_表面對流/F·(T₁-T₂)·Δτ。

4.一種熱軋帶鋼層流冷卻溫度場建模系統，包括

帶鋼網格劃分模塊，用于將帶鋼沿長度和厚度方向劃分為網格，令第i段第j層的鋼塊表示為（i,j），i＝1,…,M，j＝1,…,N，M表示總段數，N表示總層數；

鋼段冷卻模式確定模塊，用于將帶鋼運動轉換為冷水閥門的反向同速運動，計算當前時刻冷水閥門相對帶鋼的位置；若帶鋼的第i段鋼正對冷水閥門處，則判定第i段鋼處于水冷散熱模式，否則，判定第i段鋼處于空冷散熱模式；

鋼塊溫度計算模塊，包括表面鋼塊溫度計算子模塊和內部鋼塊溫度溫度計算子模塊；

表面鋼塊溫度計算子模塊，用于計算第i段鋼上表面鋼塊（i,1）和下表面鋼塊（i,N）的熱含量變化dQ_(i,1)＝dQ_(i,N)＝dQ_輻射+dQ_表面對流+dQ_{內節點傳熱}，dQ_輻射表示鋼塊（i,1）或（i,N）表面輻射的熱量變化率，dQ_表面對流表示鋼塊（i,1）或（i,N）在水冷散熱模式下或空冷散熱模式下的對流散熱變化率，dQ_{內節點傳熱}表示鋼塊（i,1）或（i,N）與其同段鋼內相鄰節點的傳熱變化率；對第i段鋼表面鋼塊（i,1）和（i,N）的熱含量變化率積分運算得到鋼塊（i,1）和（i,N）在當前時刻的熱量，進而確定鋼塊（i,1）和（i,N）在當前時刻的溫度；

內部鋼塊溫度溫度計算子模塊，用于計算第i段鋼內的鋼塊（i,j）,j＝1,…,N-1的熱含量變化率dQ_(i,j)＝dQ_(i,j-1)+dQ_(i,j+1)；對第i段鋼內部鋼塊（i,j）,j＝1,…,N-1的熱含量變化率積分運算得到鋼塊（i,j）,j＝1,…,N-1在當前時刻的熱量，進而確定鋼塊（i,j）,j＝1,…,N-1在當前時刻的溫度。