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龍圖騰網(wǎng)恭喜中國石油化工股份有限公司;中國石化上海石油化工股份有限公司申請的專利一種基于動網(wǎng)格方法的高溫碳化爐中絲束加熱性能三維模擬方法獲國家發(fā)明授權(quán)專利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專利權(quán)由國家知識產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號為：CN114510881B 。

龍圖騰網(wǎng)通過國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-04-29發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專利申請?zhí)?專利號為：202011276095.1，技術(shù)領(lǐng)域涉及：G06F30/28；該發(fā)明授權(quán)一種基于動網(wǎng)格方法的高溫碳化爐中絲束加熱性能三維模擬方法是由張毅鵬;孫中心設(shè)計研發(fā)完成，并于2020-11-16向國家知識產(chǎn)權(quán)局提交的專利申請。

本一種基于動網(wǎng)格方法的高溫碳化爐中絲束加熱性能三維模擬方法在說明書摘要公布了：一種基于動網(wǎng)格方法的高溫碳化爐中絲束加熱性能三維模擬方法，涉及到碳纖維生產(chǎn)中所用的高溫碳化爐設(shè)計模擬分析方法技術(shù)領(lǐng)域。針對現(xiàn)有高溫碳化爐設(shè)計過程中三維模擬方法的技術(shù)不足，包括：1、建立三維仿真模型；2、傳遞到ICEM軟件的GlobalMeshSetup模塊中，進行網(wǎng)格劃分；3、傳遞到ANSYS軟件的FLUENT模塊，并進行設(shè)置邊界條件；4、仿真運算得到結(jié)果，以此作為判定高溫碳化爐中絲束加熱性能的指標；5、重復步驟1?4，由檢測面的溫度變化云圖，實現(xiàn)絲束加熱過程中爐腔內(nèi)溫度場、絲束表面溫度場的可視性，直觀輸出的結(jié)果。降低成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，為數(shù)值模擬研究提供依據(jù)。

本發(fā)明授權(quán)一種基于動網(wǎng)格方法的高溫碳化爐中絲束加熱性能三維模擬方法在權(quán)利要求書中公布了：1.一種基于動網(wǎng)格方法的高溫碳化爐中絲束加熱性能三維模擬方法，其特征在于所述方法包括有如下步驟：1、采用三維CAD軟件SOLIDWORKS建立高溫碳化爐馬弗腔體流體計算域和被加熱絲束的三維仿真模型；2、將步驟1建立的高溫碳化爐馬弗腔體流體計算域和被加熱絲束的三維仿真模型分別傳遞到ICEM軟件的GlobalMeshSetup模塊中，在GlobalMeshSetup模塊中VolumeMeshingParameters設(shè)置網(wǎng)格劃分類型為TetraMixed，對高溫碳化爐馬弗腔體流體計算域和被加熱絲束的三維仿真模型進行網(wǎng)格劃分，整個計算域采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，對靠近絲束表面壁面處進行網(wǎng)格加密，根據(jù)ICEM軟件中網(wǎng)格質(zhì)量的判斷標準，保證整體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格質(zhì)量大于0.5，定義所有三維仿真模型的進出口與壁面邊界名稱，包括絲束壁面、爐腔進出口和爐腔壁面邊界名稱；3、將劃分好網(wǎng)格的流體計算域和被加熱絲束的三維仿真模型傳遞到ANSYS軟件的FLUENT模塊，并進行設(shè)置邊界條件；4、在ANSYS軟件中的FLUENT模塊里設(shè)置溫度檢測面，并進行仿真運算得到結(jié)果，以此作為判定高溫碳化爐中絲束加熱性能的指標；ANSYS軟件中的FLUENT模塊進行設(shè)置的過程如下：4.1、在UserDefined選項導入根據(jù)工藝參數(shù)編制的自定義絲束運動參數(shù)，通過UDF控制被加熱絲束的運動狀態(tài)，實現(xiàn)絲束在高溫碳化爐中運動過程；4.2、在General選項中，將y方向GravitationalAcceleration根據(jù)實際設(shè)定為預設(shè)值，time選項設(shè)置為Transient瞬態(tài)傳熱；4.3、將Models選項中的Energy勾選EnergyEquation，ViscousModels選項中選取laminar模型，為了判斷爐腔內(nèi)氣流運動狀態(tài)，引入雷諾數(shù)進行描述，雷諾數(shù)的計算公式為： 其中，其中v、ρ、μ分別為流體的流速、密度與黏性系數(shù)，d為特征長度；通過雷諾數(shù)的計算，進而選擇湍流模型為laminar模型；4.4在MaterialsFluid選項部分選擇空氣和氮氣；在MaterialsSolid選項建立絲束的物理參數(shù)，包括密度、比熱容和熱傳導率參數(shù)；4.5、在CellZoneConditions選項中將Fluid1部分設(shè)為氮氣，F(xiàn)luid2部分設(shè)為氧氣；將Solid1部分設(shè)為絲束；4.6、在BoundaryConditions選項中設(shè)置入口邊界條件為Pressure-inlet，并將VelocityyMagnitude根據(jù)實際要求設(shè)置為預設(shè)值，Thermal選項設(shè)置為udftm-inlet，設(shè)置出口邊界條件為Pressure-outlet，將一側(cè)壁面設(shè)置為對流換熱面，UDF定義每小時內(nèi)爐壁空氣綜合溫度值，對流換熱系數(shù)根據(jù)實際要求設(shè)置為預設(shè)值，其他壁面設(shè)置為絕熱壁面，將絲束與氣體接觸面設(shè)置為Coupled；4.7、在DynamicMesh選項，并勾選激活動網(wǎng)格選項，勾選MeshMethods選項中的Smoothing，Remeshing選項；在DynamicMeshZones中定義運動區(qū)域，在ZoneeNames下選擇rigidwall，在Type中選擇RigidBody，在PreviewMeshMotion中設(shè)置預覽網(wǎng)格運動；4.8、選擇CheckCase后進行計算，計算時間根據(jù)實際工程中參數(shù)設(shè)定；其中選擇CheckCase后進行計算所使用的高溫碳化爐全流場計算的三維數(shù)學模型，包括有連續(xù)性方程、動量方程和能量方程，分別如下所示： 式中，ρ-流體密度；t-時間；V-速度矢量，其中u、v、w為V在x、y及z三個方向上的分量；動量方程的Navier-Stokes方程： 其中，μ是動力黏度，F(xiàn)b是微元上的體積力；能量守恒方程： 其中，Cp—比熱容，T—溫度，k—流體傳熱系數(shù)，ST—粘性耗散項；5、在相同設(shè)置條件下，通過將高溫碳化爐馬弗腔體流體計算域和被加熱絲束的三維仿真模型設(shè)置不同參數(shù)，并重復步驟1-4，以進行多次模擬計算，由檢測面的溫度變化云圖，利用后處理軟件CFD-POST實現(xiàn)絲束加熱過程中爐腔內(nèi)溫度場、絲束表面溫度場的可視性，直觀輸出的結(jié)果。

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