[发明专利]一种层流冷却温度场的建模方法及系统

权利要求书

1.一种热轧带钢层流冷却温度场建模方法，包括以下步骤：

（1）带钢网格划分步骤：

将带钢沿长度和厚度方向划分为网格，令第i段第j层的钢块表示为（i,j），i＝1,…,M，j＝1,…,N，M表示总段数，N表示总层数；

（2）钢段冷却模式确定步骤：

将带钢运动转换为冷水阀门的反向同速运动，计算当前时刻冷水阀门相对带钢的位置；若带钢的第i段钢正对冷水阀门处，则判定第i段钢处于水冷散热模式，否则，判定第i段钢处于空冷散热模式；

（3）钢块温度计算步骤，包括表面钢块温度计算子步骤和内部钢块温度温度计算子步骤，具体为：

表面钢块温度计算子步骤：计算第i段钢上表面钢块（i,1）和下表面钢块（i,N）的热含量变化dQ_(i,1)＝dQ_(i,N)＝dQ_辐射+dQ_表面对流+dQ_{内节点传热}，dQ_辐射表示钢块（i,1）或（i,N）表面辐射的热量变化率，dQ_表面对流表示钢块（i,1）或（i,N）在水冷散热模式下或空冷散热模式下的对流散热变化率，dQ_{内节点传热}表示钢块（i,1）或（i,N）与其同段钢内相邻节点的传热变化率；对第i段钢表面钢块（i,1）和（i,N）的热含量变化率积分运算得到钢块（i,1）和（i,N）在当前时刻的热量，进而确定钢块（i,1）和（i,N）在当前时刻的温度；

内部钢块温度温度计算子步骤：计算第i段钢内的钢块（i,j）,j＝1,…,N-1的热含量变化率dQ_(i,j)＝dQ_(i,j-1)+dQ_(i,j+1)；对第i段钢内部钢块（i,j）,j＝1,…,N-1的热含量变化率积分运算得到钢块（i,j）,j＝1,…,N-1在当前时刻的热量，进而确定钢块（i,j）,j＝1,…,N-1在当前时刻的温度。

2.根据权利要求1所述的热轧带钢层流冷却温度场建模方法，其特征在于，所述钢块（i,1）或（i,N）在水冷散热模式下或空冷散热的对流散热变化率dQ_表面对流的计算方法为：

dQ_表面对流＝F·α·(T′-T₀)·dτ

F为钢块（i,1）或（i,N）的表面积，α为水冷散热模式下或空冷散热的对流散热系数，T′为钢块（i,1）或（i,N）在前一时刻的温度值，T₀为带钢的初始温度，τ表示时间。

3.根据权利要求2所述的热轧带钢层流冷却温度场建模方法，其特征在于，所述对水冷散热模式或空冷散热模式下的流散热系数α按照如下方式确定：

定义时间段Δτ内，表面积为F的钢板在水流冷却或者空气冷却作用下由温度T₁降到T₂，表面积为F的钢板在时间段Δτ内的散热量Q_表面对流，计算温度(T₁-T₂)/2处的对流散热系数α＝Q_表面对流/F·(T₁-T₂)·Δτ。

4.一种热轧带钢层流冷却温度场建模系统，包括

带钢网格划分模块，用于将带钢沿长度和厚度方向划分为网格，令第i段第j层的钢块表示为（i,j），i＝1,…,M，j＝1,…,N，M表示总段数，N表示总层数；

钢段冷却模式确定模块，用于将带钢运动转换为冷水阀门的反向同速运动，计算当前时刻冷水阀门相对带钢的位置；若带钢的第i段钢正对冷水阀门处，则判定第i段钢处于水冷散热模式，否则，判定第i段钢处于空冷散热模式；

钢块温度计算模块，包括表面钢块温度计算子模块和内部钢块温度温度计算子模块；

表面钢块温度计算子模块，用于计算第i段钢上表面钢块（i,1）和下表面钢块（i,N）的热含量变化dQ_(i,1)＝dQ_(i,N)＝dQ_辐射+dQ_表面对流+dQ_{内节点传热}，dQ_辐射表示钢块（i,1）或（i,N）表面辐射的热量变化率，dQ_表面对流表示钢块（i,1）或（i,N）在水冷散热模式下或空冷散热模式下的对流散热变化率，dQ_{内节点传热}表示钢块（i,1）或（i,N）与其同段钢内相邻节点的传热变化率；对第i段钢表面钢块（i,1）和（i,N）的热含量变化率积分运算得到钢块（i,1）和（i,N）在当前时刻的热量，进而确定钢块（i,1）和（i,N）在当前时刻的温度；

内部钢块温度温度计算子模块，用于计算第i段钢内的钢块（i,j）,j＝1,…,N-1的热含量变化率dQ_(i,j)＝dQ_(i,j-1)+dQ_(i,j+1)；对第i段钢内部钢块（i,j）,j＝1,…,N-1的热含量变化率积分运算得到钢块（i,j）,j＝1,…,N-1在当前时刻的热量，进而确定钢块（i,j）,j＝1,…,N-1在当前时刻的温度。