[发明专利]压力容器内燃法立式整体热处理温度场数值模型建模方法

说明书

一种压力容器内燃法立式整体热处理温度场数值模型建模方法，其特征在于包括：1)采用高斯分布的双椭球体热源模型作为燃烧器燃烧火焰的热源形式；2)根据实际的消耗的油/气量计算热源有效功率；3)获取燃烧器不同开度下的升温曲线；4)调用温度计算模块进行热处理温度场计算，得到升温曲线计算结果，与3)的升温曲线测试结果对比，使误差最小，从而确定双椭球体热源模型参数，进行建模。本发明克服了经验法引起的温度的较大波动和热处理时间的延长，定量反映了热处理传热机理、燃烧器、压力容器结构参数对热处理温度场的影响，为热处理工艺的设计提供理论依据。

技术领域

本发明涉及的是一种压力容器热处理温度场数值模型建立方法，特别是涉及一种立式压力容器內燃法整体热处理过程温度场数值计算模型建立方法。

背景技术

压力容器制造过程中，为消除焊后残余应力、改变钢的内部组织结构以提高钢的性能，需要对压力容器进行焊后热处理，通常情况下压力容器焊后热处理方式采用制造后炉内整体热处理工艺。对于压力容器,由于受到运输条件的限制,一般选择分片到货、现场组焊的加工制作方式。压力容器现场焊后热处理的方法主要为內燃法热处理，即在工件腔体底部或其它部位设置高效燃油/气喷嘴，通过油/气加热提供加热热量的热处理方式。内燃法热处理工艺由于受到容器外形尺寸大、现场条件复杂等因素制约，在热处理过程中温度不容易控制，导致热处理后产品质量无法得到保证。

目前，压力容器內燃法热处理温度的控制主要依据经验积累值来实施热处理过程加热的调节，即通过实践过程中积累的压力容器温度场经验值来制定热处理工艺曲线，改变控制热处理的升温速度、温度均匀性。由于压力容器尺寸大、长径比(压力容器高度与直径的比值)大，而且内燃法工艺参数众多(包括燃烧器功率、燃烧介质、开度、加热位置等)等因素，经验法存在热处理过程中的容器实际温度与所需热处理温度波动较大、热处理时间延长等缺点，难于满足压力容器热处理工艺要求的热处理温度均衡性和热量要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种压力容器内燃法立式整体热处理温度场的建模方法，将数值模拟技术、燃烧器开度试验数据与燃烧火焰的热源模型参数结合，实现压力容器立式整体热处理温度的精确预测和控制，从而提高压力容器焊后热处理质量。

为实现上述目的，本发明提供一种压力容器内燃法立式整体热处理温度场数值模型建模方法，其特征在于包括如下步骤：

1)采用高斯分布的双椭球体热源模型作为燃烧器燃烧火焰的热源形式；

2)根据实际的消耗的油/气量计算热源有效功率；

3)获取燃烧器不同开度下的升温曲线；

4)调用温度计算模块进行热处理温度场计算，得到升温曲线计算结果，与3)的升温曲线测试结果对比，使误差最小，从而确定双椭球体热源模型参数，确定热源模型参数与燃烧器功率、热源模型集中系数与燃烧器功率的关系；热源模型集中系数k与燃烧器功率成指数关系。

所述的步骤1)中压力容器内燃法热处理所需热源形式为采用一台或多台燃烧器，沿容器轴线布置，以双椭球型热源形式向容器、保温层传热，热源模型为

式中，q为热源有效功率，f_f、f_r分别为总的输入功率在前、后两部分的分配指数，f_f+f_r＝2，k为热源集中系数，x₀和y₀表示热源的中心位置，a、b_f和b_r分别为双椭圆热源模型的几何参数。

所述的步骤2)中热源有效功率的计算公式为根据实际的消耗油/气量计算热源有效功率，热源有效功率的计算公式为式中，η为热效率，c为燃料的燃烧值，m为油/气的消耗量，t为燃烧时间。

所述的步骤3)中为不同燃烧器在不同开度下的燃烧曲线，结合计算，获得燃烧器开度工艺参数与热源模型参数的关系。