[发明专利]一种基于ANSYS的高温碳化炉氧含量分布的模拟方法

说明书

一种基于ANSYS的高温碳化炉氧含量分布的模拟方法，涉及到高温碳化炉氧含量分布的模拟测试方法技术领域。包括有如下步骤：S1、建立三维仿真模型；S2、进行网格划分；S3、导入ANSYS软件的FLUENT模块；S4、设置检测点和检测面，并进行仿真运算得到仿真结果，以此作为设计高温碳化炉马弗腔体结构和进出口密封结构的指标；S5、通过不同参数并重复步骤S1至步骤S4，以进行多次模拟计算，由炉腔内检测点的温度变化曲线、检测面的温度云图、检测面的气流速度云图作为评价炉膛加热效果以及气流、分布特性的指标，以此确定最优化的炉膛加热能力与气流分布设计。可以更好的衡量结构设计，可以降低设计成本。

技术领域

本发明涉及到高温碳化炉氧含量分布的模拟测试方法技术领域。

背景技术

碳纤维生产属于高耗能产业，其中的高温碳化炉是碳纤维生产设备中的耗能大户之一，高温碳化炉是相对于低温碳化炉而言，所指的高温范围一般为：1000℃-1600℃。高温碳化炉也是碳纤维生产的关键设备，主要用于对预氧丝进行高温碳化，使其转化为碳元素含量大于 90%的碳纤维。高温碳化炉是高温技术和高温设备的集成，使用温度一般在 1000℃-1600℃。根据含碳量推测，T300 碳纤维的碳化温度约为 1350℃-1450℃，T800 碳纤维约为 1400℃-1600℃，要生产更高强度的碳纤维就需要进一步提高碳化温度。但是目前碳化炉只有德国、美国、日本、俄罗斯等少数几个国家的企业可以生产，采购价格高昂，而且作为特种设备，碳化炉的进口还要受到各国的出口管制，使其用途和用量受到了极大的限制。因此需要选择合理的设计方法，可以使炉壁能达到符合规范的表面温度，降低单位能耗。这项研究的目的在于通过对设计过程中的热流场进行模拟，结构进行优化设计，在不降低现有隔热效果的前提下降低高温碳化炉的制造成本存在技术问题。

发明内容

综上所述，本发明的目的在于解决高温碳化炉氧含量分布的模拟测试方法存在的技术难题，而提出一种基于ANSYS的高温碳化炉氧含量分布的模拟方法。

为解决本发明所提出技术问题，采用的技术方案为：

一种基于ANSYS的高温碳化炉氧含量分布的模拟方法，其特征在于所述方法包括有如下步骤：

S1、采用三维软件建立高温碳化炉马弗腔体和进出口密封腔体的三维仿真模型，并进行三维仿真模型的参数设定；

S2、将步骤S1建立的碳化炉马弗腔体和进出口密封腔体的三维仿真模型进行网格划分；对三维仿真模型进行网格划分的方法为：将建立的碳化炉马弗腔体和进出口密封腔体的三维仿真模型传递到ICEM软件的Blocking模块中，在Blocking模块中采用O-Block方式；

S3、将步骤S2中网格划分完成的三维仿真模型导入ANSYS软件的FLUENT模块，并对FLUENT模块进行参数设置；

S4、在ANSYS软件中的FLUENT模块里设置检测点和检测面，并进行仿真运算得到仿真结果，以此作为设计高温碳化炉马弗腔体结构和进出口密封结构的指标；

S5、在相同设置条件下，通过将三维仿真模型设置不同参数并重复步骤S1至步骤S4，以进行多次模拟计算，由炉腔内检测点的温度变化曲线、检测面的温度云图、检测面的气流速度云图作为评价炉膛加热效果以及气流、分布特性的指标，以此确定最优化的炉膛加热能力与气流分布设计。

作为对本发明进一步限定的技术方案包括有：

在步骤S1中，采用三维计算机辅助设计软件SOLIDWORKS建立高温碳化炉马弗腔体和进出口密封腔体的三维仿真模型。

在步骤S1中，三维仿真模型设定的参数至少包括：马弗腔体几何形状、几何尺寸、进出口密封几何形状、几何尺寸、进出口密封氮气管进口尺寸、氮气管出口尺寸。

在步骤S3中，对ANSYS FLUENT模块进行设置的过程如下：