[发明专利]H型钢坯加热炉加热过程数学模型建模方法

说明书

本发明公开一种H型钢坯加热炉加热过程数学模型建模方法。包括如下步骤：S1：采用贴体网格法建立空间网格，找出计算平面(ξ，η)与物理平面(x，y)的一一对应关系，得到贴体网格生成方程；S2：确定钢坯边界物理平面上的节点坐标，依据傅立叶方程建立钢坯内部物理平面的导热方程，并确定物理边界条件；S3：依据贴网格生成方程，将物理平面的导热方程转换为计算平面导热微分方程，利用积分法建立离散方程，并将边界条件从物理平面的转换到计算平面；S4：对离散方程进行求解，将求得计算平面上的解依据贴网格生成方程转换到物理平面。本发明使网格边界与几何形状复杂的H型钢表面相吻合，把求解域转化为矩形域，得到反映H型钢实际的传热模型。

技术领域

本发明涉及钢铁生产加热炉技术领域，特别涉及一种H型钢坯加热炉加热过程数学模型建模方法。

背景技术

加热炉在轧钢生产中占有着十分重要的地位，它的任务是按轧机的轧制节奏将料坯加热到工艺要求的温度水平(包括平均温度和温度分布)，并且在保证优质、高产的前提之下，尽可能地降低燃料消耗、减少氧化烧损。

炉温优化最根本的目的是：运用合理的加热制度加热钢坯，使其出炉后达到轧制所要求的温度分布，因此炉内钢坯加热过程是主要的研究对象。建立钢坯加热过程数学模型，就可根据生产过程的可测参量(如炉温、钢种、规格等)，计算出钢坯加热过程中的温度分布，这不仅可以减少炉子操作人员的操作盲目性，而且可以以此为基础，再结合炉子的其他操作参数，制定出炉子动态操作的优化控制策略。

H型钢坯加热过程数学模型与板坯加热过程数学模型在基本导热方程上是一致的，但由于H型钢坯特有的结构特性(如图2所示)，H型钢坯不同于方坯和板坯，在H型材中部，设计有腹肋，采用一维或二维模型，不能充分反映腹肋的加热特性，计算结果与生产实际相差很大。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种充分反映型钢加热特性H型钢坯加热炉加热过程数学模型建模方法。

为达到上述目的，本发明一种H型钢坯加热炉加热过程数学模型建模方法，包括如下步骤，

S1：采用贴体网格法建立空间网格，找出计算平面(ξ，η)与物理平面(x，y)的一一对应关系，从而得到贴体网格生成方程；

S2：确定钢坯边界物理平面上的节点坐标，依据傅立叶方程建立钢坯内部物理平面的导热方程，并确定物理边界条件

S3：依据贴网格生成方程，将物理平面的导热方程转换为计算平面导热微分方程，利用积分法建立离散方程，同时将边界条件从物理平面的转换到计算平面；

S4：对离散方程进行求解，并将求得计算平面上的解依据贴网格生成方程转换到物理平面。

进一步地，所述得到贴网格生成方程的步骤为：

S11：依据泊松方程来描写计算平面上两个(ξ，η)与物理平面上的两个因变量(x，y)间的关系；

S12：依据坐标变换与反变换确定物理域上的变量x、y与计算域上的变量ξ、η之间存在的微分关系并得到第一表达式；

S13:依据第一表达式推导得到计算平面的微分方程；

S14:构造控制函数，并将控制函数带入到计算平面的微分方程中得到二维情形下的贴体网格生成方程。

进一步地，所说泊松方程为：

式中各变量意义如下：

x，y——物理区域的坐标；

ξ，η——计算区域的坐标；

ξ_xx，ξ_yy——分别为ξ对x，y的二阶导数；