(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210840972.6 (22)申请日 2022.07.18 (71)申请人 东北大学秦皇岛分校 地址 066000 河北省秦皇岛市经济技 术开 发区泰山路143号 (72)发明人 梅瑞斌　王雪苏　张碧辉　王继州　 侯俊卿　高晗　 (74)专利代理 机构 北京润捷智诚知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11831 专利代理师 安利霞 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种棒材的快速 冷却过程 温度的预测方法、 装置及设备 (57)摘要 本发明提供一种棒材的快速冷却过程温度 的预测方法、 装置及设备。 所述方法包括： 获取至 少一种棒材轧制信息以及轧制完成后的棒材断 面的形状； 构建所述轧制完成后的棒材断面的形 状对应的有限元非均匀网格划分模 型； 对所述有 限元非均匀网格划分模型进行区域划分， 获取至 少一个区域内的至少一个节点的坐标信息； 根据 所述轧制信息， 获得快速 冷却过程中各处理阶段 的换热系数； 所述处理阶段包括： 空冷阶段和水 冷阶段； 根据所述坐标信息、 所述空冷阶段的换 热系数、 水冷阶段的换热系数和预设温度预测模 型， 得到所述棒材的快速 冷却过程的预测温度分 布。 本发明的方案可以实现棒材的快速冷却过程 中棒材心部温度的测定 。 权利要求书3页 说明书15页 附图5页 CN 115408894 A 2022.11.29 CN 115408894 A 1.一种棒材的快速冷却过程温度的预测方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获取至少一种棒材轧制信息以及轧制完成后的棒材断面的形状； 构建所述轧制完成后的棒材断面的形状对应的有限元非均匀网格划分模型； 对所述有限元非均匀网格划分模型进行区域划分， 获取至少一个区域内的至少一个节 点的坐标信息； 根据所述轧制信 息， 获得快速冷却过程中各处理阶段的换热系数； 所述处理阶段包括： 空冷阶段和水冷阶段； 根据所述坐标信息、 所述空冷阶段的换热系数、 水冷阶段的换热系数和预设温度预测 模型， 得到所述 棒材的快速冷却过程的预测温度分布。 2.根据权利要求1所述的棒材的快速冷却过程温度的预测方法， 其特征在于， 所述节点 是对所述有限元非均匀网格划分模型进行区域划分后得到的至少一个区域内的单元网格 的顶点。 3.根据权利要求1所述的棒材的快速冷却过程温度的预测方法， 其特征在于， 对所述有 限元非均匀网格划分模型进行区域划分， 获取至少一个区域内的至少一个节点的坐标信 息， 包括： 按照预设区域划分数量， 将所述预设有限元非均匀网格划分模型， 划分为第 一区域、 第 二区域以及第三区域； 获取所述第一区域的宽度单 元网格数以及厚度单 元网格数； 获取所述第二区域与所述第三区域的径向单 元网格数； 根据所述宽度 单元网格数与 所述厚度 单元网格数， 获得所述第 一区域中单元网格的节 点的坐标信息； 根据所述宽度 单元网格数与 所述径向单元网格数， 获得所述第 二区域中单元网格的节 点的坐标信息； 根据所述厚度 单元网格数与 所述径向单元网格数， 获得所述第 三区域中单元网格的节 点的坐标信息； 其中， 所述第一区域与所述第二区域的宽度单元网格数相同； 所述第一区域与所述第 三区域的厚度单 元网格数相同； 所述第二区域与所述第三区域的径向单 元网格数相同。 4.根据权利要求3所述的棒材的快速冷却过程温度的预测方法， 其特征在于， 根据 所述 坐标信息、 所述空冷阶段的换热系数、 水冷阶段的换热系数和预设温度预测模型， 得到所述 棒材的快速冷却过程的预测温度分布， 包括： 根据所述空冷阶段的换热系数、 所述水冷阶段的换热系数、 所述坐标信息以及所述预 设温度预测模型， 获得 所述棒材的快速冷却过程的温度预测线性方程组； 根据所述温度预测线性方程组， 获得 所述棒材的快速冷却过程的预测温度分布。 5.根据权利要求4所述的棒材的快速冷却过程温度的预测方法， 其特征在于， 所述空冷 阶段的换 热系数根据下式计算得到： 其中， 所述hr为空冷阶段的换热系数， 所述σ 为斯特凡 ‑玻尔兹曼常数， 所述ε为黑度系 数， 所述T为瞬时温度， 所述T∞为温度极值；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115408894 A 2所述水冷阶段的第一换 热系数根据下式计算得到： 其中， 所述h1为水冷阶段的第一换热系数， 所述Td为冷却水的沸点， 所述TR为棒材表面 温度， 所述Tf为冷却水温度， 所述D为冷却水管径， 所述d为棒材直径， 所述λw为水的导热系 数， 所述Re为雷诺准数； 所述水冷阶段的第二换 热系数根据下式计算得到： h2＝(Nu·λα)/d； 其中， 所述h2为水冷阶段的第二换热系数， 所述Nu为努谢尔特准数， 所述λα为空气导热 系数， 所述d为 棒材直径。 6.根据权利要求4所述的棒材的快速冷却过程温度的预测方法， 其特征在于， 根据 所述 空冷阶段的换热系 数、 所述水冷阶段的换热系 数、 所述坐标信息以及所述预设温度预测模 型， 获得所述棒材的快速冷却过程的温度预测线性方程组， 包括： 根据所述空冷阶段的换热系数、 所述轧制阶段的换热系数和所述坐标信息， 按照热力 学第一定律， 构建热传导 微分方程； 根据热传导问题 的变分原理， 对所述热传导微分方程求一阶偏导数并置零， 得到每个 单元网格的等效泛函方程； 根据所述热传导微分方程和有限元组合方法， 对离散单元进行组装， 得到所述预设温 度预测模型； 将所述预设温度预测模型中的温度对时间偏导数， 表示 为二点向后差分格式； 将所述二点向后差分格式， 带入所述设温度预测模型， 得到所述棒材的快速冷却过程 的温度预测线性方程组。 7.根据权利要求4所述的棒材的快速冷却过程温度的预测方法， 其特征在于， 根据 所述 温度预测线性方程组， 获得 所述棒材的快速冷却过程的预测温度分布， 包括： 采用一维变带宽存储法求解所述温度 预测线性方程组， 获得所述棒材断面上的第 一区 域、 第二区域以及第三区域内的每 个节点的温度； 对所述节点的温度的计算 次数进行迭代， 直至当前处理阶段的节点的温度的计算 次数 达到预设次数； 在所述快速冷却过程的总时间没有达到时， 继续进行下一轮的获取至少一种棒材轧制 信息以及轧制完成后的棒材断面的形状； 构建所述轧制完成后的棒材断面的形状对应的有 限元非均匀网格划分模型； 对所述有限元非均匀网格划分模型进行区域划分， 获取至少一 个区域内的至少一个节点的坐标信息； 根据所述坐标信息、 所述棒材轧制信息和所述预设 温度预测模型， 得到所述棒材 的快速冷却过程的预测温度分布， 直到所述快速冷却过程的 总时间到 达。 8.一种棒材的快速冷却过程温度的预测装置， 其特 征在于， 所述装置包括： 获取模块， 用于获取至少一种棒材轧制信息以及轧制完成后的棒材断面的形状； 处理模块， 用于构建所述轧制完成后的棒材断面的形状对应的有限元非均匀网格划分 模型； 对所述有限元非均匀网格划分模型进行区域划分， 获取至少一个区域内的至少一个权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115408894 A 3