[发明专利]一种多层壁炉衬导热计算系统

说明书

本发明涉及一种多层壁炉衬导热计算系统，属于工业炉领域。该系统包括：文件菜单模块、模型选项卡模块、图形显示窗口模块和结果显示窗口模块，在计算炉衬选型的时候有以下步骤：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。本发明可使工业炉炉衬的设计选型工作更为方便高效，计算结果稳定可靠，对工程实践具有一定的指导意义。

技术领域

本发明属于工业炉领域，涉及一种多层壁炉衬导热计算系统。在工业炉炉衬设计时，通常采用多层复合炉衬结构根据工艺要求，选定适当的炉衬材质和厚度十分重要。而目前缺少一款方便炉衬选型的计算系统，鉴于此，本发明基于COMSOL APP开发器，开发了一款便于炉衬选型的计算系统，以提高工程计算效率。

背景技术

哈尔滨建筑大学的马继勇研究了多层壁导热反问题的解析公式及其应用、边界元方法在计算多层壁温度场中的应用等课题。南京航空航天大学的裘燮纲研究了多层壁瞬态温度分布计算。山东建材学院设计院的孙庆利研究了多层壁稳态导热计算新方法及其程序。以上研究都是对多层壁导热的计算方法展开的，并未建立一套完备的计算系统。自2010年中冶成工上海五冶建设有限公司的程爱民开发了一款基于VB的稳定态多层壁炉衬参数的计算系统以来，目前还未有新的计算系统出现。但此计算系统过于简单且在处理受热面的对流换热问题采用方向系数的方法，此方法构建的模型对外壁面处自然对流换热问题处理的不够精确。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多层壁炉衬导热计算系统，该系统便于炉衬选型以提高工程计算效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多层壁炉衬导热计算系统，该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。

可选地，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。

可选地，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；

模型参数菜单对几何模型的参数进行设置；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；材料选择菜单对模型的每层材质进行设置；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。

可选地，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。

可选地，模型结果显示窗口显示模型参数设置和计算结果。

可选地，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。

可选地，该系统是基于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；