[发明专利]一种焦炉炭化室传热过程建模与仿真方法

权利要求书

1.一种焦炉炭化室传热过程建模与仿真方法，包括以下步骤：

A1：将焦炉炭化室炉墙及炭化室内1/2煤饼按横向均匀划分平面单元；

A2：基于一维双层平面传热理论，构建炉墙平面单元和煤饼平面单元的传热模型；

A3：利用外节点法按仿真步长分别对炉墙平面单元和煤饼平面单元的传热模型进行离散化；具体步骤如下：炭化室炉墙平面单元的离散化传热模型：

式中：表示第p层炉墙平面单元在第k时刻的温度，t_s为仿真步长，仿真步长的大小与建模精度和计算复杂度有关，本模型中取仿真步长为1s，λ_w1、λ_w2为相邻炉墙平面单元平均导热系数，Δx_w为炉墙平面单元厚度，ρ_w为炉墙平面单元密度，为在温度时炉墙平面单元的比热容；

煤饼平面单元的离散化传热模型为：

式中：表示第p层煤饼平面单元在第k时刻的温度，t_s为仿真步长，在本模型中取仿真步长为1s，λ_c1、λ_c2为相邻煤饼平面单元平均导热系数，Δx_c为煤饼平面单元厚度，分别为第p层煤饼平面单元在温度时的密度与比热容，为煤饼平面单元中水的潜热；

A4：采用MATLAB的Simulink模块分别构建炉墙平面单元和煤饼平面单元的仿真模型，并按照焦炉炭化室结构，利用平面单元传热模型组装炭化室传热模型；具体步骤如下：

采用Simulink模块构建式(3)所示的炭化室炉墙平面单元传热模型，并封装为W_cell_p模块，以W_cell_p模块作为炭化室炉墙平面单元的通用传热模型，将10个W_cell_p模块首末相连，组成炭化室炉墙的传热仿真模型；

采用Simulink模块构建式(4)所示的煤饼平面单元的传热模型，并封装为C_cell_p模块，以C_cell_p模块作为煤饼平面单元的通用传热模型，将50个C_cell_p模块首末 相连，组成炭化室内1/2煤饼的传热仿真模型；

A5：采用MATLAB GUI构建仿真分析软件，基于所构建的炭化室传热模型进行仿真计算。

2.根据权利要求1所述的焦炉炭化室传热过程建模与仿真方法，其特征在于，所述步骤A1中焦炉为JNDK55-05F型复热式捣固焦炉，按焦炉横向将炭化室炉墙均匀划分为10个平面单元，将炭化室内1/2煤饼均匀划分为50个平面单元，所得到的炭化室炉墙平面单元的厚度为9mm，煤饼平面单元的厚度为5mm。

3.根据权利要求1所述的焦炉炭化室传热过程建模与仿真方法，其特征在于，所述步骤A2中平面单元的传热模型包括炭化室炉墙平面单元的传热模型和炭化室内煤饼平面单元的传热模型；

其中，炭化室炉墙平面单元的传热模型如下：

式中，ρ_w为炉墙平面单元密度，单位为kg/m³；c_w为炉墙平面单元比热容，单位为J/kg.℃；λ_w为炉墙平面单元导热系数，单位为W/m.℃；T_w为炉墙平面单元温度，单位为℃；

煤饼平面单元的传热模型如下：

式中，ρ_c为煤饼平面单元密度，单位为kg/m³；c_c为煤饼平面单元比热容，单位为J/kg.℃；λ_c为煤饼平面单元导热系数，单位为W/m.℃；T_c为煤饼平面单元温度，单位为℃；∑Q为煤饼平面单元内热源，单位为W/m³。