[发明专利]一种确定大型钢锭界面换热系数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定换热系数的方法，特别是关于一种确定大型钢锭界面换热系数的方法。

背景技术

目前，随着电力、石化、冶金、船舶等工业领域重大装备的大型化，对大型钢锭也提出了越来越高的要求。例如，百万千瓦级核电机组常规岛低压整体转子的制造需要600吨级钢锭。在大型钢锭的试制过程中，数值模拟技术发挥着越来越重要的作用。钢锭与锭模间的界面换热行为决定了钢锭的凝固方式和凝固时间，并在很大程度上影响了钢锭的缩孔缩松、偏析以及组织和性能。而钢锭与锭模间界面换热系数是制约模拟结果准确性的最重要的参数之一。

在钢水浇注入钢锭模的初期，由于钢水的流动和静压力作用，钢液与锭模内壁是紧密接触的，此时钢液与锭模间界面换热系数较大。而随着凝固过程的推进，由于锭模对凝固钢液的激冷作用，钢液沿锭模内表面形成凝固壳层，并在随后的冷却过程中不断变厚和产生体积收缩；与此同时，锭模的受热膨胀也会产生型壁移动。因此，通常在钢锭与锭模之间形成气隙。气隙的形成时间随空间变化，气隙大小也随时间和空间发生变化。气隙形成以后，界面的热传递则由单纯的热传导变为热传导、对流和辐射三项之和。以上这些复杂因素，导致钢锭与锭模间界面换热系数难以确定。而在实际计算中，通常是采用一个猜测值或经验公式等简化措施对钢锭与锭模间的界面换热系数进行确定，但这些猜测值或经验公式的计算结果误差非常大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种操作简单，可快速准确的确定大型钢锭界面换热系数的方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种确定大型钢锭界面换热系数的方法，其包括以下步骤：1)将钢锭与锭模之间的接触界面简化为若干测试分段，在每一分段中确定若干个测试点，并在每一测试点上设置一传感器，将每一传感器通过各自的导线共同连接到一数据采集系统，数据采集系统的输出端连接一界面换热系数反算系统；2)在钢水凝固成钢锭的过程中，各个传感器采集钢水凝固过程中的温度或热流信息，并将采集到的信息数据传送到数据采集系统中；3)在钢水完全凝固成钢锭后，通过数据采集系统读取各测试点的数据，获得各测试点实测的随时间变化的温度或热流信息，并导入到钢锭与锭模间界面换热系数反算系统中；4)界面换热系数反算系统根据步骤3)导入的数据，估计某个时间段的界面换热系数；根据估计的界面换热系数进行凝固过程中温度场的模拟，以获得测试点的计算温度；比较计算温度与实测温度是否吻合，如果计算温度与实测温度不吻合，则通过反算求解，校正界面换热系数，然后再返回凝固过程温度场的模拟，直到获得与实测温度相吻合的计算结果，即计算温度与实测温度吻合，这时获得该时间段的界面换热系数，记录界面换热系数；判断凝固时间t是否大于完全凝固时间t_max，如果t＞t_max，则结束计算；否则，进入下一时间段的计算。

所述步骤4)中界面换热系数反算系统的反算求解方法为：①设置某时间段的初始条件；对应第一个时间段，则为：输入温度场的初始条件，即t＝0时刻的温度分布，通常设为钢水浇注温度，以及界面换热系数的初始值，即估计值；定义F(h₁，…，h_I)为