[發明專利]一種多尺度孔結構輕量耐火材料導熱系數的確定方法

有效

• 申請號: 201710036187.4
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106844943B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 張美杰;賀蓮花;肖正光;付綠平;顧華志;黃奧;梁馨月
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 42222 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 張火春

1.一種多尺度孔結構輕量耐火材料導熱系數的確定方法，其特征在于所述的確定方法是：

步驟1、采用200～2000倍顯微鏡，獲得多尺度孔結構輕量耐火材料的低倍顯微結構圖，所述低倍顯微結構圖由偽固相區域和宏觀氣孔區域組成；

步驟2、選定偽固相區域，采用10000～30000倍顯微鏡，獲得偽固相區域的高倍顯微結構圖，所述偽固相區域的高倍顯微結構圖由純固相區域和微納米氣孔區域組成；再采用能譜分析和XRD分析，確定純固相區域的多尺度孔結構輕量耐火材料化學組成；

步驟3、采用Photoshop軟件對所述純固相區域和微納米氣孔區域進行區分，得到偽固相區域高倍顯微結構的輪廓圖，將所述偽固相區域高倍顯微結構的輪廓圖導出為高倍顯微結構的矢量圖形文件的.ai格式文件；

步驟4、采用Illustrator軟件將所述矢量圖形文件的.ai格式文件進行轉換，得到二進制格式的圖像或文本格式的圖像，將所述二進制格式的圖像或文本格式的圖像導出為對應的AutoCAD圖形文件的.dwg格式文件或.dxf格式文件；

步驟5、采用AutoCAD軟件對所述AutoCAD圖形文件的.dwg格式文件或.dxf格式文件進行實體化處理，獲得偽固相區域高倍顯微結構圖的幾何模型；

步驟6、采用網格劃分軟件對所述偽固相區域高倍顯微結構圖的幾何模型進行網格劃分，獲得偽固相區域高倍顯微結構圖的幾何模型的網格文件；

步驟7、在Ansys軟件的流體力學分析模塊Fluent中導入所述偽固相區域高倍顯微結構圖的幾何模型的網格文件，打開所述流體力學分析模塊Fluent的能量方程和DO輻射模型，向流體力學分析模塊Fluent輸入純固相的導熱系數、純固相的散射系數、純固相的恒壓熱容、純固相的密度參數、氣相的導熱系數、氣相的散射系數、氣相的恒壓熱容和氣相的密度參數，獲得偽固相區域高倍顯微結構圖的物理模型；

步驟8、對所述偽固相區域高倍顯微結構圖的物理模型的左邊界和右邊界對應地施加左邊界溫度條件T_li和右邊界溫度條件T_ri，再對所述偽固相區域高倍顯微結構圖的物理模型的上邊界和下邊界均施加絕熱邊界條件，得到施加溫度邊界條件后的所述偽固相區域高倍顯微結構圖的物理模型；然后對所述施加溫度邊界條件后的所述偽固相區域高倍顯微結構圖的物理模型進行迭代計算，獲得偽固相區域高倍顯微結構圖的物理模型的溫度分布圖和偽固相區域高倍顯微結構圖的物理模型的左邊界或右邊界的熱流量Q_i；

步驟9、根據所述左邊界或右邊界的熱流量Q_i、所述左邊界溫度條件T_li和所述右邊界溫度條件T_ri，得到偽固相區域的多尺度孔結構輕量耐火材料在算術平均溫度T_mi時的導熱系數λ_i，其中：

式(1)和式(2)中：

T_li表示左邊界溫度條件，K，

T_ri表示右邊界溫度條件，K，

T_mi表示算術平均溫度，K，

Q_i表示熱流量，W，

i表示1～8的自然數，

Δx表示所述偽固相區域高倍顯微結構圖的物理模型在垂直熱流方向的尺寸，mm，

Δy表示所述偽固相區域高倍顯微結構圖的物理模型在熱流方向的尺寸，mm；

步驟10、采用Origin軟件，根據所述偽固相區域的多尺度孔結構輕量耐火材料在T_mi時的導熱系數λ_i，繪制有效導熱系數λ_se與溫度的關系曲線，用最小二乘法對所述曲線進行擬合，獲得偽固相區域的多尺度孔結構輕量耐火材料的有效導熱系數λ_se與算術平均溫度T_mi的函數關系式

λ_se＝f(T_mi) (3)

式(3)中：

T_mi表示算術平均溫度，K，

λ_se表示偽固相區材料不同算術平均溫度時的有效導熱系數，W/(m·K)；

步驟11、采用Photoshop軟件，對所述偽固相區域和宏觀氣孔區域進行區分，得到低倍顯微結構的輪廓圖，將所述低倍顯微結構的輪廓圖導出為低倍顯微結構的矢量圖形文件的.ai格式文件；

步驟12、按照步驟4至步驟6的高倍顯微結構的矢量圖形文件的.ai格式文件的處理方法，對步驟11所述低倍顯微結構的矢量圖形文件的.ai格式文件進行處理，獲得所述低倍顯微結構圖的幾何模型的網格文件；

步驟13、在Ansys軟件的流體力學分析模塊Fluent中導入所述低倍顯微結構圖的幾何模型的網格文件，打開所述流體力學分析模塊Fluent的能量方程和DO輻射模型，向流體力學分析模塊Fluent輸入所述偽固相區域的多尺度孔結構輕量耐火材料的有效導熱系數λ_se與算術平均溫度T_mi的函數關系式(3)、純固相的散射系數、純固相的恒壓熱容、純固相的密度參數、氣相的導熱系數、氣相的散射系數、氣相的恒壓熱容和氣相的密度參數，獲得所述低倍顯微結構圖的物理模型；

步驟14、按照步驟8至步驟10的偽固相區域高倍顯微結構圖的物理模型的處理方法，對步驟13所述低倍顯微結構圖的物理模型進行處理，獲得低倍顯微結構圖的物理模型的溫度分布圖、獲得多尺度孔結構輕量化耐火材料的有效導熱系數λ_e與溫度的關系曲線圖和獲得有效導熱系數λ_e與算術平均溫度T_mi的函數關系式

λ_e＝F(T_mi) (4)

式(4)中：

T_mi表示算術平均溫度，K，

λ_e表示多尺度孔結構輕量化耐火材料不同算術平均溫度時的有效導熱系數，W/(m·K)。