【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电阻加热技术与能效计算领域，尤其是涉及一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法、设备及介质。
技术介绍
1、众所周知，航空、工业、交通、建筑等各种行业的生产制造中都需要将金属零件加热成形，为了提高加热效率，快速加热方法逐渐成为热门的研究话题。而快速加热技术中又属电阻加热技术的加热速率高，能源消耗低，投资成本少，具有广阔的应用前景。电阻加热的原理是利用电流流过金属材料时产生的焦耳热效应使材料温度升高，从而实现对物体的快速加热。电阻加热的特点是速度快，能量利用率高，然而目前缺乏有效量化电阻加热过程中能效的方法。
2、在加热过程的能效计算领域，目前存在的研究主要面对传统炉加热方式进行计算，如公开号为cn115712292a的方法，通过计算钢坯在进入加热炉和离开加热炉时的能量差来计算加热炉的热效率。然而炉加热过程中的板材升温是均匀的，可以直接代入当下温度与比热容等参数计算，而电阻加热过程中的板材升温会受到电流密度，能量耗散等因素的影响。在理想状态下，电阻加热过程的输入功率为电源输入的电能，输出能量为板材在加热过程吸收的能量，二者比值即为能效。然而实际情况下，金属板材在电阻加热过程中存在温度分布不均和比热容变化的问题，不能通过热平衡原理公式简单计算。考虑到电阻加热广泛应用的现状，为了研究电阻加热工艺的节能降耗，需要一种有效的能效计算方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决由于金属板材在电阻加热过程中温度分布不均匀且比热容随温度变化而带来的无法计算能量转换效
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法，包括以下步骤：
4、s1，利用采集装置获取金属板材电阻加热过程中的电压、电流和温度数据；
5、s2，基于电阻加热过程中的电压、电流数据计算输入电能；
6、s3，对金属板材进行虚拟网格划分，并根据温度数据利用数值积分计算每一网格的热能变化，综合每一网格的热能变化得到整块板材的热能变化，确定板材所蓄热能；
7、s4，根据输入电能和板材所蓄热能计算电阻加热能效。
8、所述采集装置包括多功能电力仪表、红外热像仪和数据采集与显示器，其中，红外热像仪的镜头轴线对准金属板材中心，且镜头视场空间上覆盖整块金属板材；电阻加热开始时，利用多功能电力仪表记录电压与电流数据，利用红外热像仪进行测温，利用数据采集与显示器记录温度数据。
9、所述步骤s2中计算tf时刻的输入电能时，对电压和电流在时间段t＝0到tf内对时间积分：
10、
11、其中，win为输入电能，u(t)表示t时刻电压，i(t)表示t时刻电流。
12、所述步骤s3中，对金属板材进行虚拟网格划分的划分依据为：同一网格内的温度差不超过预设温度值。
13、所述步骤s3中，当能获得比热容关于温度的函数时，单个网格i的热能变化qi的计算公式如下：
14、
15、其中，mi表示网格i的板材质量，tmi表示待计算能效时刻网格i的温度，t0表示加热开始时刻网格i的温度，c(t)表示比热容，t表示温度。
16、所述步骤s3中，只能获得典型温度下的离散的比热容数值时，采用分段叠加的方式近似求解每一网格的热能变化，将升温过程分为n个小段，每小段取平均比热容数值和平均温度值进行计算，叠加后得到单个网格i的热能变化qi：
17、
18、其中，c(tij)代表网格i在第j小段的平均比热容数值，δtij代表网格i在第j小段的平均温度值，mi表示网格i的板材质量。
19、所述步骤s3中，假定质量为m的整块板材被划分为k个网格，各个网格对应的板材质量分别为m1、m2、m3…mk，t＝0时刻所有网格的温度均为t0，tf时刻网格的温度分别为tm1、tm2、tm3…tmk，则整块板材从0时刻到tf时刻的热能变化q表示为：
20、q＝q1+q2+q3+…+qk
21、即，所述金属板材的板材所蓄热能e即为加热过程中的热能变化值：
22、e＝q
23、所述步骤s4中，根据输入电能和板材所蓄热能计算电阻加热能效的计算方法为：
24、
25、其中，η为能效，win为输入电能，e为板材所蓄热能。
26、一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的方法。
27、一种存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现如上述所述的方法。
28、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
29、1)本专利技术可以实现电阻加热过程能效的计算，解决了因温度分布不均和和比热容随温度变化导致常规计算(板料温度取均匀值，比热容取常数)精度差的问题。
30、2)本专利技术适用于金属板材在电阻加热过程中能量变化的计算，金属板材材料不受限制，形状不受限制，尺寸不受限制。
31、3)本专利技术中涉及到的网格划分并非针对实际板料进行物理划分，而是基于板料的cad图形进行的虚拟划分，因此方法灵活，可以根据要求精度调整网格大小，形状灵活，可以是四边形、三角形或者是任意形状的网格。
32、4)本专利技术量化了电阻加热过程的能量效率，可以用来指导电阻加热的工艺优化，可以用于指导绿色低碳生产制造。
33、5)本专利技术流程规范，可以结合机器学习等方式实现自动化检测与计算，节省人力、时间等。
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1.一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法，其特征在于，所述采集装置包括多功能电力仪表、红外热像仪和数据采集与显示器，其中，红外热像仪的镜头轴线对准金属板材中心，且镜头视场空间上覆盖整块金属板材；电阻加热开始时，利用多功能电力仪表记录电压与电流数据，利用红外热像仪进行测温，利用数据采集与显示器记录温度数据。
3.根据权利要求1所述的一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法，其特征在于，所述步骤S2中计算tf时刻的输入电能时，对电压和电流在时间段t＝0到tf内对时间积分：
4.根据权利要求1所述的一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法，其特征在于，所述步骤S3中，对金属板材进行虚拟网格划分的划分依据为：同一网格内的温度差不超过预设温度值。
5.根据权利要求1所述的一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法，其特征在于，所述步骤S3中，当能获得比热容关于温度的函数时，单个网格i的热能变化Qi的计算公式如下：
6.根据权利要求1所述的一种金属
7.根据权利要求1或5或6所述的一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法，其特征在于，所述步骤S3中，假定质量为m的整块板材被划分为k个网格，各个网格对应的板材质量分别为m1、m2、m3…mk，t＝0时刻所有网格的温度均为T0，tf时刻网格的温度分别为Tm1、Tm2、Tm3…Tmk，则整块板材从0时刻到tf时刻的热能变化Q表示为：
8.根据权利要求1所述的一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据输入电能和板材所蓄热能计算电阻加热能效的计算方法为：
9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-8中任一所述的方法。
10.一种存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被执行时实现如权利要求1-8中任一所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法，其特征在于，所述采集装置包括多功能电力仪表、红外热像仪和数据采集与显示器，其中，红外热像仪的镜头轴线对准金属板材中心，且镜头视场空间上覆盖整块金属板材；电阻加热开始时，利用多功能电力仪表记录电压与电流数据，利用红外热像仪进行测温，利用数据采集与显示器记录温度数据。
3.根据权利要求1所述的一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法，其特征在于，所述步骤s2中计算tf时刻的输入电能时，对电压和电流在时间段t＝0到tf内对时间积分：
4.根据权利要求1所述的一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法，其特征在于，所述步骤s3中，对金属板材进行虚拟网格划分的划分依据为：同一网格内的温度差不超过预设温度值。
5.根据权利要求1所述的一种金属板材电阻加热过程的能效计算方法，其特征在于，所述步骤s3中，当能获得比热容关于温度的函数时，单个网格i的热能变化qi的计算公式如下：
6.根据权利要求1所述的一种金属板材电阻加热过程的...
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