[發(fā)明專利]一種電熱輥道爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

在審

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• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107341291A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鵬飛;蘇文生;周時(shí)宇;王世剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙)43008
• 代理人: 周長清,廖元寶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及輥道爐技術(shù)領(lǐng)域，特指一種電熱輥道爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

伴隨著新能源行業(yè)的疾速發(fā)展，鋰電池行業(yè)成為了如今的熱點(diǎn)，而鋰電池材料是決定其性能的關(guān)鍵因素。鋰電池材料的需求量急劇增大，急需高效的規(guī)模化批量生產(chǎn)。電熱輥道爐則是一種鋰電池材料制備過程中必備的規(guī)模化連續(xù)式燒結(jié)設(shè)備，隨著鋰電池材料市場需求的逐漸增加，鋰電池材料制造廠家紛紛提高設(shè)備產(chǎn)能，燒結(jié)設(shè)備電熱輥道爐的爐體截面不斷加寬，匣缽?fù)七M(jìn)速度逐漸增大，造成爐膛溫度均勻性更難保證，然而鋰電池材料制備工藝要求爐膛內(nèi)部溫差在±5℃以內(nèi)，爐膛內(nèi)溫度均勻分布是鋰電池材料優(yōu)異質(zhì)量的前提保障，電熱輥道爐爐膛溫度均勻性問題已成為制約燒結(jié)設(shè)備發(fā)展的主要瓶頸。

目前傳統(tǒng)對電熱輥道爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法，主要是依靠已有經(jīng)驗(yàn)，制造出具有不同結(jié)構(gòu)的多種爐體樣機(jī)，然后利用熱電偶進(jìn)行測溫實(shí)驗(yàn)，測量出電熱輥道爐樣機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)下爐膛內(nèi)部上、中、下三處位置的溫度，選取溫差較小的樣機(jī)結(jié)構(gòu)作為最終的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，再進(jìn)行輥道爐成品的生產(chǎn)。采用這種電熱輥道爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，時(shí)間、資金成本較高，結(jié)構(gòu)調(diào)整方向盲目，缺乏足夠的理論支撐，優(yōu)化設(shè)計(jì)周期較長，不能滿足鋰電池材料制備工藝對燒結(jié)設(shè)備的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種成本低、優(yōu)化時(shí)間短的電熱輥道爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種電熱輥道爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，步驟為：

S01、建立多種具有不同設(shè)計(jì)參數(shù)的輥道爐爐體模型；

S02、將各輥道爐爐體模型導(dǎo)入ICEM CFD軟件，進(jìn)行模型修補(bǔ)和網(wǎng)格劃分，并將網(wǎng)格劃分后生成的網(wǎng)格文件導(dǎo)入至ANSYS Fluent軟件；

S03、在ANSYS Fluent軟件中設(shè)置材料物性參數(shù)、計(jì)算邊界條件以及選擇計(jì)算模型，對計(jì)算域進(jìn)行初始化后利用求解器進(jìn)行計(jì)算；

S04、將ANSYS Fluent軟件計(jì)算得到的結(jié)果文件導(dǎo)入后處理軟件CFD-POST中，對不同模型的爐膛中心截面的無量綱溫差系數(shù)進(jìn)行對比分析，將溫差系數(shù)較小的輥道爐爐體模型作為優(yōu)選方案。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，將優(yōu)選方案進(jìn)行至少一次的設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整，并重復(fù)步驟S02～S04，確定最終的輥道爐爐體模型。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述設(shè)計(jì)參數(shù)包括爐膛寬高比、硅碳棒間距、進(jìn)氣口直徑和排氣口直徑中的一種或多種。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟S01中，通過Solidworks軟件建立輥道爐爐體模型。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述模型文件格式為*.x_t格式；所述網(wǎng)格文件格式為*.msh格式。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S03中的材料物性參數(shù)包括密度、比熱容和熱導(dǎo)率。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S03中的計(jì)算邊界條件包括：進(jìn)氣口類型為速度入口，速度v＝0.2m/s；出氣口類型為壓力出口，壓力P＝2Pa；硅碳棒表面類型為壁面，表面熱流密度q＝5.8×10⁴W/m²；爐體外表面類型為壁面，對流換熱系數(shù)h＝15W/(℃·m²)。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S03中的計(jì)算模型包括湍流模型和輻射模型。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述湍流模型為標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程模型；所述輻射模型為DO輻射模型。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溫差系數(shù)定義為：

其中，為爐膛中心截面的平均溫度，σ為爐膛中心截面所有節(jié)點(diǎn)溫度的標(biāo)準(zhǔn)差。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明的電熱輥道爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，借助數(shù)值仿真軟件ANSYS(包括ICEM CFD、ANSYS Fluent和CFD-POST軟件)，在現(xiàn)有輥道爐結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，建立多種不同結(jié)構(gòu)的輥道爐模型，通過對不同模型爐膛中心截面的溫差系數(shù)進(jìn)行對比分析，選取溫差系數(shù)較小的模型作為最終電熱輥道爐的設(shè)計(jì)方案，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撘罁?jù)，為電熱輥道爐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供合理方向，可以有效節(jié)約設(shè)計(jì)成本，縮短結(jié)構(gòu)優(yōu)化周期，保證爐膛溫度均勻性和鋰電池材料的燒結(jié)質(zhì)量，順應(yīng)當(dāng)前鋰電池材料生產(chǎn)廠家對電熱輥道爐的要求，促進(jìn)鋰電池行業(yè)的發(fā)展。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖。

圖2為本發(fā)明中電熱輥道爐的截面圖。