[发明专利]一种风口套最大热应力的实时评估方法及评估系统

权利要求书

1.一种风口套最大热应力的实时评估方法，应用于炼铁高炉的风口套中；所述风口套是一个具有半封闭夹层的近似筒形构件，它包括风口套外壁面(1)、风口套壁(2)、循环水腔壁面(3)、循环水腔(4)、热风出口(5)、热风腔(6)、循环水进口(7)、风口套内壁面(8)、热风进口(9)和循环水出口(10)；其特征在于：所述风口套最大热应力的实时评估方法，按照一定的时间间隔，依次循环进行以下步骤：

步骤1、采集风口套外壁面(1)的温度、热风进口(9)的风速及风温、循环水进口(7)的水流速度及水温值；

步骤2、建立并求解风口套共轭传热数值计算模型，获得风口套壁(2)的温度分布；

步骤3、建立并求解风口套壁(2)的热-结构静力学计算模型，获得风口套壁(2)的热应力分布；

步骤4、输出风口套壁(2)的热-结构静力学计算结果中的风口套壁(2)的最大应力值；

步骤2中，所述的建立风口套共轭传热数值计算模型，其过程包括以下子步骤：

子步骤S1、绘制由风口套壁(2)、热风腔(6)和循环水腔(4)三部分结构共同构成的风口套三维几何模型，划分数值计算用网格，并导入计算流体力学软件CFX中；

子步骤S2、在计算流体力学软件CFX中，设置风口套壁(2)为固体域且其材质为铜，循环水腔(4)为流体域且其材质为水，热风腔(6)为流体域且其材质为空气；

子步骤S3、进行边界条件的设置：设置风口套外壁面(1)的温度为步骤1采集得到的外壁面温度值，设置热风进口(9)的风速及风温为步骤1采集得到的风速及风温，设置热风出口(5)的相对压力为0，设置循环水进口(7)的水流速度及水温值为步骤1采集得到的水流速度及水温值，设置循环水出口(10)的相对压力为0，设置风口套内壁面(8)为风口套壁(2)和热风腔(6)之间的共轭传热边界面，设置循环水腔壁面(3)为风口套壁(2)和循环水腔(4)之间的共轭传热边界面；

步骤3中，所述的建立风口套壁(2)的热-结构静力学计算模型，其过程包括以下子步骤：

子步骤O1、绘制风口套壁(2)的三维几何模型，划分数值计算用网格，并导入结构力学计算软件中；

子步骤O2、在结构力学计算软件中，设置风口套壁(2)的材质为铜，并添加相应的密度、弹性模量、泊松比、导热系数和比热容的材料属性；

子步骤O3、设置风口套外壁面(1)为固定状态，导入步骤2获得的风口套壁(2)的温度分布，设置模型参考温度为风口套壁(2)的温度分布的最小值。

2.根据权利要求1所述风口套最大热应力的实时评估方法，其特征在于：所述一定的时间间隔，为5分钟至2小时之间固定的时间间隔。

3.权利要求1所述风口套最大热应力的实时评估方法，其特征在于：子步骤O1中所述的风口套壁(2)的三维几何模型，与子步骤S1中的风口套三维几何模型，采取完全一样的坐标系设置。

4.权利要求1所述风口套最大热应力的实时评估方法，其特征在于：步骤2中，所述的风口套壁(2)的温度分布，为式(1)所示矩阵形式：

式(1)中，x_i、y_i、z_i和t_i分别为风口套共轭传热数值计算模型中网格节点i处的x坐标值、y坐标值、z坐标值和温度值，i＝1，2，3，…n。

5.一种用于实现权利要求1-4中任一项所述风口套最大热应力的实时评估方法的评估系统，其特征在于：它包括数据采集模块、数据存储模块、数据运算模块和数据显示模块；所述数据采集模块、数据运算模块和数据显示模块均与数据存储模块相连；其中，

数据采集模块：用于按照一定的时间间隔，实时采集高炉风口套外壁面(1)的温度、热风进口(9)的风速及风温、循环水进口(7)的水流速度及水温值；

数据存储模块：用于存储数据采集模块、数据运算模块提供的数据，并将风口套最大热应力的实时评估结果提供至数据显示模块；

数据显示模块：用于实时显示风口套最大热应力的评估结果；

数据运算模块：通过数据存储模块获得数据采集模块采集得到的高炉风口套外壁面(1)的温度、热风进口(9)的风速及风温、循环水进口(7)的水流速度及水温值数据，并依次进行风口套共轭传热数值计算模型的建立与求解、风口套壁(2)的热-结构静力学计算模型的建立与求解，最终输出计算得到的风口套最大热应力值至存储模块。