[发明专利]一种高温碳化炉外部保温材料隔热性能的模拟方法

说明书

一种高温碳化炉外部保温材料隔热性能的模拟方法，涉及到碳纤维生产中所用的高温碳化炉设计模拟分析方法技术领域。克服现有技术在高温碳化炉外部保温结构设计方法的不足，包括步骤：(1)、建立高三维仿真模型，并设定相关参数；(2)、进行网格划分；(3)、将三维仿真模型导入ANSYS软件的FLUENT模块，并对FLUENT模块进行设置；(4)、在ANSYS软件中的FLUENT模块里设置温度检测面，并进行仿真运算得到结果，以此作为判定高温碳化炉保温层材料隔热性能的指标；(5)、设置不同参数并重复步骤(1)‑(4)，由高温碳化炉保温层温度分布特性云图，以此确定不同保温层的材料与几何尺寸。直观判定高温碳化炉外部保温层的隔热效果，为提高隔热效率，降低设计成本提供理论依据。

技术领域

本发明涉及到碳纤维生产中所用的高温碳化炉设计模拟分析方法技术领域。

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，同时，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℃。隔热结构安装在高温碳化炉的发热体外层，用于保持炉内工作温度的稳定，同时减少不必要的热量损失，隔热结构对高温炉碳化炉的高温性能和生产效率都起着至关重要的作用。高温碳化炉隔热结构的主要材料因其较高的价格也是导致制造成本高昂的一个重要因素，因此，在满足使用性能要求的前提下，减少隔热结构的用量，就可以有效地降低高温碳化炉的制造成本，减少项目投资。由此可见，无论是从性能还是经济性的角度出发，隔热结构性能设计是高温碳化炉整体设计的重要环节之一。

现有常规的隔热设计方法多采用工程经验与计算公式结合进行隔热效率的计算，通常的计算结果精度低，保温结构性能不稳定，设计人员会通过增加保温材料的用量以提高隔热效果，这无形中导致了制造成本的增加，并且此方法严重依赖设计者的工程经验，设计工作量大。因此需要选择合理的设计方法，使高温碳化炉外部保温层能达到符合规范的温度，降低保温材料的使用量，提高保温层的隔热效率。

发明内容

综上所述，本发明的目的在于克服现有技术在高温碳化炉外部保温结构设计方法的不足，而提出一种高温碳化炉外部保温材料隔热性能的模拟方法。

为解决本发明所提出技术不足，而采用的技术方案为：

一种高温碳化炉外部保温材料隔热性能的模拟方法，其特征在于所述模拟方法包括有如下步骤：

(1)、采用三维CAD软件SOLIDWORKS软件建立高温碳化炉保温层和炉内腔体的三维仿真模型，并设定相关参数；

(2)、将三维仿真模型进行网格划分；将步骤(1)建立的碳化炉保温层和炉内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方式对三维仿真模型进行网格划分,网格划分策略采用BiGeometric方式，控制比率因子为默认值1.2，根据软件中网格质量的判断标准，同时保证整体结构的网格质量大于0.9，同时为了便于后期设置计算条件，定义所有三维仿真模型的进出口与壁面边界名称，包括保温层，加热管壁面，炉腔壁面；

(3)、将网格划分好的三维仿真模型导入ANSYS软件的FLUENT模块，并对FLUENT模块进行设置；

(4)、在ANSYS软件中的FLUENT模块里设置温度检测面，并进行仿真运算得到结果，以此作为判定高温碳化炉保温层材料隔热性能的指标；

(5)、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(1)-(4)，以进行多次模拟计算，由高温碳化炉保温层温度分布特性云图，以此确定不同保温层的材料与几何尺寸。

作为对本发明技术方案作进一步限定的技术方案包括有：