[发明专利]一种多层壁炉衬导热计算系统

权利要求书

1.一种多层壁炉衬导热计算系统，其特征在于：所述系统包含平板壁面计算模块、圆柱壁面计算模块和球形壁面计算模块，其中，平板壁面计算模块、圆柱壁面计算模块和球形壁面计算模块在系统里面是独立运行的；该系统通过设置壁面厚度，选择炉墙材料和和施加定解条件，求解稳态导热微分方程；

该系统的界面包括：文件菜单模块、模型选项卡模块、图形显示窗口模块和模型结果显示窗口模块。

2.根据权利要求1所述的一种多层壁炉衬导热计算系统，其特征在于：所述文件菜单模块包括帮助模块、退出模块和清除计算结果模块。

3.根据权利要求1所述的一种多层壁炉衬导热计算系统，其特征在于：所述模型选项卡模块包括平板形壁面模块、圆柱形壁面模块和球形壁面模块三个模块；该三个模块都包括模型参数菜单、定解条件菜单、材料选择菜单和功能菜单；

所述模型参数菜单对几何模型的参数进行设置；所述定解条件菜单对物理模型的边界条件和初始条件进行设置；所述材料选择菜单对模型的每层材质进行设置；所述功能菜单进行几何绘制，网格划分，求解计算，生成云图，生成线图和生成报告。

4.根据权利要求1所述的一种多层壁炉衬导热计算系统，其特征在于：所述图形显示窗口上侧为工具栏，下侧为绘图区；所述绘图区对几何模型、网格，云图和曲线图进行可视化显示；所述工具栏对图形进行显示设置和图片导出设置。

5.根据权利要求1所述的一种多层壁炉衬导热计算系统，其特征在于：所述模型结果显示窗口显示模型参数设置和计算结果。

6.根据权利要求1所述的一种多层壁炉衬导热计算系统，其特征在于：所述系统的计算过程包括以下步骤：

S1、根据实际情况选择相应炉型模型；

S2、在系统界面上设置模型参数和边界条件、选择合理的热面朝向和炉衬材质；

S3、进行几何建模，网格划分和模拟计算；

S4、对计算结果进行云图绘制、曲线图绘制和生成结果报告。

7.根据权利要求1所述的一种多层壁炉衬导热计算系统，其特征在于：所述系统是基于COMSOL APP开发器开发；

该计算系统的数学模型为稳态导热微分方程；边界条件中对流换热系数的数学模型是瑞利数Ra、特征长度L和热物性参数的复合函数，通过此模型处理外壁面与周围流体的耦合换热；根据热物性参数建立了耐火材料的数据库；

所述稳态无内热源导热微分方程表述为如下形式：

直角坐标系：

圆柱坐标系：

球坐标系：

统一形式：

式中x，y，z为直角坐标；r，z为柱坐标；r，θ为球坐标；T为温度；λ为物质导热系数；为哈密顿算子Hamiltonian；

所述微分方程的定解条件如下：该定解条件包括初始条件和边界条件，初始条件为初始时刻物体内部各点温度值，边界条件为第一类边界条件和第三类边界条件，

初始条件：

T(x，y)＝T₀

边界条件：

其中h_w是传热系数，T_f表示远离边界的外部流体的温度，T_w为外层墙壁温度，T₀为初始温度。