[发明专利]一种多尺度孔结构轻量耐火材料导热系数的确定方法

权利要求书

1.一种多尺度孔结构轻量耐火材料导热系数的确定方法，其特征在于所述的确定方法是：

步骤1、采用200～2000倍显微镜，获得多尺度孔结构轻量耐火材料的低倍显微结构图，所述低倍显微结构图由伪固相区域和宏观气孔区域组成；

步骤2、选定伪固相区域，采用10000～30000倍显微镜，获得伪固相区域的高倍显微结构图，所述伪固相区域的高倍显微结构图由纯固相区域和微纳米气孔区域组成；再采用能谱分析和XRD分析，确定纯固相区域的多尺度孔结构轻量耐火材料化学组成；

步骤3、采用Photoshop软件对所述纯固相区域和微纳米气孔区域进行区分，得到伪固相区域高倍显微结构的轮廓图，将所述伪固相区域高倍显微结构的轮廓图导出为高倍显微结构的矢量图形文件的.ai格式文件；

步骤4、采用Illustrator软件将所述矢量图形文件的.ai格式文件进行转换，得到二进制格式的图像或文本格式的图像，将所述二进制格式的图像或文本格式的图像导出为对应的AutoCAD图形文件的.dwg格式文件或.dxf格式文件；

步骤5、采用AutoCAD软件对所述AutoCAD图形文件的.dwg格式文件或.dxf格式文件进行实体化处理，获得伪固相区域高倍显微结构图的几何模型；

步骤6、采用网格划分软件对所述伪固相区域高倍显微结构图的几何模型进行网格划分，获得伪固相区域高倍显微结构图的几何模型的网格文件；

步骤7、在Ansys软件的流体力学分析模块Fluent中导入所述伪固相区域高倍显微结构图的几何模型的网格文件，打开所述流体力学分析模块Fluent的能量方程和DO辐射模型，向流体力学分析模块Fluent输入纯固相的导热系数、纯固相的散射系数、纯固相的恒压热容、纯固相的密度参数、气相的导热系数、气相的散射系数、气相的恒压热容和气相的密度参数，获得伪固相区域高倍显微结构图的物理模型；

步骤8、对所述伪固相区域高倍显微结构图的物理模型的左边界和右边界对应地施加左边界温度条件T_li和右边界温度条件T_ri，再对所述伪固相区域高倍显微结构图的物理模型的上边界和下边界均施加绝热边界条件，得到施加温度边界条件后的所述伪固相区域高倍显微结构图的物理模型；然后对所述施加温度边界条件后的所述伪固相区域高倍显微结构图的物理模型进行迭代计算，获得伪固相区域高倍显微结构图的物理模型的温度分布图和伪固相区域高倍显微结构图的物理模型的左边界或右边界的热流量Q_i；

步骤9、根据所述左边界或右边界的热流量Q_i、所述左边界温度条件T_li和所述右边界温度条件T_ri，得到伪固相区域的多尺度孔结构轻量耐火材料在算术平均温度T_mi时的导热系数λ_i，其中：

式(1)和式(2)中：

T_li表示左边界温度条件，K，

T_ri表示右边界温度条件，K，

T_mi表示算术平均温度，K，

Q_i表示热流量，W，

i表示1～8的自然数，

Δx表示所述伪固相区域高倍显微结构图的物理模型在垂直热流方向的尺寸，mm，

Δy表示所述伪固相区域高倍显微结构图的物理模型在热流方向的尺寸，mm；

步骤10、采用Origin软件，根据所述伪固相区域的多尺度孔结构轻量耐火材料在T_mi时的导热系数λ_i，绘制有效导热系数λ_se与温度的关系曲线，用最小二乘法对所述曲线进行拟合，获得伪固相区域的多尺度孔结构轻量耐火材料的有效导热系数λ_se与算术平均温度T_mi的函数关系式

λ_se＝f(T_mi) (3)

式(3)中：

T_mi表示算术平均温度，K，

λ_se表示伪固相区材料不同算术平均温度时的有效导热系数，W/(m·K)；

步骤11、采用Photoshop软件，对所述伪固相区域和宏观气孔区域进行区分，得到低倍显微结构的轮廓图，将所述低倍显微结构的轮廓图导出为低倍显微结构的矢量图形文件的.ai格式文件；

步骤12、按照步骤4至步骤6的高倍显微结构的矢量图形文件的.ai格式文件的处理方法，对步骤11所述低倍显微结构的矢量图形文件的.ai格式文件进行处理，获得所述低倍显微结构图的几何模型的网格文件；

步骤13、在Ansys软件的流体力学分析模块Fluent中导入所述低倍显微结构图的几何模型的网格文件，打开所述流体力学分析模块Fluent的能量方程和DO辐射模型，向流体力学分析模块Fluent输入所述伪固相区域的多尺度孔结构轻量耐火材料的有效导热系数λ_se与算术平均温度T_mi的函数关系式(3)、纯固相的散射系数、纯固相的恒压热容、纯固相的密度参数、气相的导热系数、气相的散射系数、气相的恒压热容和气相的密度参数，获得所述低倍显微结构图的物理模型；

步骤14、按照步骤8至步骤10的伪固相区域高倍显微结构图的物理模型的处理方法，对步骤13所述低倍显微结构图的物理模型进行处理，获得低倍显微结构图的物理模型的温度分布图、获得多尺度孔结构轻量化耐火材料的有效导热系数λ_e与温度的关系曲线图和获得有效导热系数λ_e与算术平均温度T_mi的函数关系式

λ_e＝F(T_mi) (4)

式(4)中：

T_mi表示算术平均温度，K，

λ_e表示多尺度孔结构轻量化耐火材料不同算术平均温度时的有效导热系数，W/(m·K)。