一种蓄热式熔铝炉熔池温度的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种蓄热式熔铝炉熔池温度的计算方法，包括以下步骤：S1：将熔铝炉炉内结构分为燃烧室和熔池两部分分别求解，其中燃烧室部分采用稳态燃烧求解出熔池与燃烧室交界面处的热流密度与交界面温度的函数，并建立熔池的数学模型；S2：将所述熔池与燃烧室交界面处的热流密度与交界面温度的函数作为边界条件带入所述熔池的数学模型；S3：设置熔池铝料的初始温度；S4：对熔池的数学模型进行求解，得出熔池铝液温度随加热时间变化的函数；S5：根据实测值对函数进行修正。本发明专利技术可使铝液温度的计算和评估过程变得更加简便高效，减少了在计算机资源和性能方面的投入，且对工程实践具有一定的指导意义。一定的指导意义。一定的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种蓄热式熔铝炉熔池温度的计算方法


[0001]本专利技术属于金属冶金领域，涉及一种蓄热式熔铝炉熔池温度的计算方法。

技术介绍

[0002]中南大学周萍教授团队和北京科技大学冯妍卉教授团队对于蓄热式熔铝炉进行了非稳态多场耦合数值模拟研究，其研究有助于促进熔炼过程的深入理解，对蓄热式熔铝炉的性能提升做出了突出贡献。由于蓄热式熔铝炉炉内流场复杂涉及多种物理场的耦合，且非稳态计算周期较长，对计算机内存资源消耗较大，因此限制了这方面的研究。广东特种设备研究院宋长志等人对蓄热式熔铝炉进行了稳态数值模拟研究，苏州有色金属研究院有限公司李浩，对圆形蓄热式熔铝炉内的流场进行了数值模拟研究。为节省计算资源他们的研究都是基于稳态求解器。对于熔铝炉炉内铝料的融化时间的评估，可使用非稳态多场耦合的计算方法进行精确计算，但计算资源消耗较大，不便于工程应用。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种消耗较少的计算资源，且满足工程需求的熔铝炉铝液温度的计算方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种蓄热式熔铝炉熔池温度的计算方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将熔铝炉炉内结构分为燃烧室和熔池两部分分别求解，其中燃烧室部分采用稳态燃烧求解出熔池与燃烧室交界面处的热流密度与交界面温度的函数，并建立熔池的数学模型；
[0007]S2：将所述熔池与燃烧室交界面处的热流密度与交界面温度的函数作为边界条件带入所述熔池的数学模型；
[0008]S3：设置熔池铝料的初始温度；
[0009]S4：对熔池的数学模型进行求解，得出熔池铝液温度随加热时间变化的函数；
[0010]S5：根据实测值对函数进行修正。
[0011]进一步，步骤S1中，所述熔池的数学模型包括：
[0012]1)非稳态导热微分方程
[0013][0014]式中ρ密度，c为定压比热容，λ为热导率，T为温度，x、y、z为空间坐标；
[0015]2)通过等效比热法处理熔池铝液融化潜热，将相变潜热分配到两相区的比热中，在两相区采用等效比热，实现将两相区内具有内热源的导热过程等效为无内热源的导热过程，其它相区采用物质的真实比热；各物性参数的修正如下：
[0016]比热容：
[0017][0018]导热系数：
[0019][0020]密度：
[0021][0022]其中，T
S
和T
L
分别为物质固相和液相线温度，c
S
和c
L
分别为物质处于固态和液态时的比热容，L为物质融化潜热，λ
S
和λ
L
分别为物质处于固态和液态时的导热系数，ρ
S
和ρ
L
分别为物质处于固态和液态时的密度。
[0023]进一步，步骤S1中，所述采用稳态燃烧求解出熔池与燃烧室交界面处的热流密度与交界面温度的函数，包括以下步骤：
[0024]S11：输入燃烧器边界条件和熔池交界面温度；
[0025]S12：设置初始条件：熔池温度和燃烧室温度；
[0026]S13：通过稳态求解器求解计算，得出各燃烧周期不同熔池表面温度下的热流密度；
[0027]S14：对热流密度进行线性拟合，得出不同燃烧周期内的热流密度随熔池表面温度变化的函数。
[0028]进一步，步骤S2中所述边界条件为
[0029][0030]其中h0＝h(T)为燃烧室与熔池交界面处热流，h
l
为熔池壁面热流，l为熔池深度，所述边界条件为Neumann条件；对于y＝0处，即熔池表面施加Neumann条件，在y＝l的熔池壁面处为Drichlet条件、Neumann条件、Robbin条件/混合边界条件中的任何一类。
[0031]进一步，步骤S3中，所述初始温度表达式为：
[0032]τ＝0 T＝T0ꢀꢀ
(12)
[0033]其中，T0为铝材初始温度。
[0034]进一步，所述熔铝炉包括炉壁和炉门，炉内设有燃烧室，所述燃烧室连接有多个烧嘴，还包括熔池，所述熔池与燃烧室之间设有交界面边界。
[0035]进一步，所述烧嘴由内到外包括燃气入口边界、一次风入口边界、二次风入口边界。
[0036]进一步，包括四个烧嘴，烧嘴的燃烧方式为两烧两排，换向周期为60秒；当1号和3号烧嘴用于燃烧加热时，2号和4号烧嘴用于排烟，60秒后交换烧嘴工作方式，1号和3号用于排烟，2号4号用于燃烧加热，60秒后再进行交换。
[0037]本专利技术的有益效果在于：本专利技术可使铝液温度的计算和评估过程变得更加简便高效，减少了在计算机资源和性能方面的投入，且对工程实践具有一定的指导意义。
[0038]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0039]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0040]图1为熔炼炉结构示意图；
[0041]图2为熔炼炉内部结构与边界名称；
[0042]图3为烧嘴结构与边界名称；
[0043]图4为熔池铝液融化的求解流程图；
[0044]图5为燃烧室内熔池交界面热流密度的求解流程图；
[0045]图6为熔池铝液温度的计算结果图。
[0046]附图标记：1-炉内腔体，2-炉门，3-1号烧嘴，4-2号烧嘴，5-3号烧嘴，6-4号烧嘴，7-燃烧室，8-熔池，9-燃烧室炉墙边界，10-燃烧室与熔池交界面边界，11-熔池壁面边界，12-燃气入口边界，13-一次风入口边界，14-二次风入口边界。
具体实施方式
[0047]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0048]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0049]本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蓄热式熔铝炉熔池温度的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：将熔铝炉炉内结构分为燃烧室和熔池两部分分别求解，其中燃烧室部分采用稳态燃烧求解出熔池与燃烧室交界面处的热流密度与交界面温度的函数，并建立熔池的数学模型；S2：将所述熔池与燃烧室交界面处的热流密度与交界面温度的函数作为边界条件带入所述熔池的数学模型；S3：设置熔池铝料的初始温度；S4：对熔池的数学模型进行求解，得出熔池铝液温度随加热时间变化的函数；S5：根据实测值对函数进行修正。2.根据权利要求1所述的蓄热式熔铝炉熔池温度的计算方法，其特征在于：步骤S1中，所述熔池的数学模型包括：1)非稳态导热微分方程式中ρ密度，c为定压比热容，λ为热导率，T为温度，x、y、z为空间坐标；2)通过等效比热法处理熔池铝液融化潜热，将相变潜热分配到两相区的比热中，在两相区采用等效比热，实现将两相区内具有内热源的导热过程等效为无内热源的导热过程，其它相区采用物质的真实比热；各物性参数的修正如下：比热容：导热系数：密度：其中，T
S
和T
L
分别为物质固相和液相线温度，c
S
和c
L
分别为物质处于固态和液态时的比热容，L为物质融化潜热，λ
S
和λ
L
分别为物质处于固态和液态时的导热系数，ρ
S
和ρ
L
分别为物
质处于固态和液态时的密度。3.根据权利要求1所述的蓄热式熔铝炉熔池温度的计算方法，其特征在于：步骤S1中，所述采用稳态燃烧求解出熔池与燃烧室交界面处的热流密...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛中华，郑守东，高峰，曾凡宇，张之磊，祁春晓，崔健，宫景源，郑祎凡，
申请(专利权)人：辽宁忠旺机械设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：