(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 202111671222.2 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 中冶南方 连铸技术工程有限责任公 司 地址 430073 湖北省武汉市东湖新 技术开 发区关南工业园光谷大道51号 (72)发明人 刘伟涛　 (74)专利代理 机构 北京鸿元知识产权代理有限 公司 11327 专利代理师 袁文婷　张娓娓 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 变截面连铸坯的温度分布及固相率分布计 算方法及系统 (57)摘要 本发明提供一种变截面连铸坯的温度分布 及固相率分布计算方法及系统， 其中的方法包 括： 通过预设模 型构建工具构建变截面结晶器中 的连铸坯的初始三维几何模型； 对 所述初始三维 几何模型进行网格剖分预处理， 以形成 网格式变 截面连铸坯模 型； 基于预设流体力学分析工具确 定所述网格式变截面连铸坯模型中流体的速度 分布； 基于所述网格式变截面连铸坯模型中的流 体的速度分布， 通过所述流体力学分析工具确定 所述变截面结晶器中的连铸坯的温度场分布和 固相率分布。 通过本发明提供的变截面连铸坯的 温度分布及固相率分布计算方法及系统能够解 决现有的变截面连铸坯的传热与凝固计算方法 计算精度低、 且费时的问题。 权利要求书2页 说明书10页 附图3页 CN 114491692 A 2022.05.13 CN 114491692 A 1.一种变截面连铸坯的温度分布及固相率分布计算方法， 包括： 通过预设模型构建工具构建变截面结晶器中的连铸坯的初始三维几何模型； 对所述初始三维几何模型进行网格剖分预处 理， 以形成网格式变截面连铸坯模型； 基于预设流体力学分析工具确定所述网格式变截面连铸坯模型中流体的速度分布； 基于所述网格 式变截面连铸坯模型中的流体的速度分布， 通过所述流体力学分析工具 确定所述变截面结晶器中的连铸坯的温度场分布和固相率分布。 2.如权利要求1所述的变截面连铸坯的温度分布及固相率分布计算方法， 其特征在于， 所述预设模型构建工具为FreeCAD； 并且， 所述通过FreeCAD构建所述变截面结晶器中的连 铸坯的初始三维几何模型的过程包括： 通过所述FreeCAD 绘制所述变截面结晶器中的连铸坯对称面上的外轮廓曲线和四周的 直线， 并通过 所述FreeCAD中的曲面 生成工具生成Nurbs曲面； 基于所述变截面结晶器中的连铸坯对称面上的外轮廓曲线和四周的直线以及所述 Nurbs曲面构建所述初始三维几何模型。 3.如权利要求2所述的变截面连铸坯的温度分布及固相率分布计算方法， 其特征在于， 所述对所述初始 三维几何模型进 行网格剖分预 处理， 以形成网格式变截面连铸坯模型的过 程包括： 将所述初始三维几何模型按照Step格式保存； 通过Gmsh对Step格式的初始三维几何模型进行处理， 以形成Gmsh网格式变截面连铸坯 模型。 4.如权利要求3所述的变截面连铸坯的温度分布及固相率分布计算方法， 其特征在于， 所述对所述初始 三维几何模型进 行网格剖分预 处理， 以形成网格式变截面连铸坯模型的过 程还包括： 通过GmshToFoam工具将所述Gmsh网格式变截面连铸坯模型转换为OpenFOAM网格式变 截面连铸坯模型。 5.如权利要求4所述的变截面连铸坯的温度分布及固相率分布计算方法， 其特征在于， 所述预设流体力 学分析工具为OpenFOAM； 并且， 所述基于预设流体力 学分析工具确 定所述 网格式变截面连铸坯模型中流体的速度分布的过程包括： 通过所述OpenFOAM中 的不可压缩流体计算程序icoFOAM计算所述OpenFOAM网格式变截 面连铸坯模型中的流体的速度分布。 6.如权利要求5所述的变截面连铸坯的温度分布及固相率分布计算方法， 其特征在于， 所述基于所述网格式变截面连铸坯模型中的流体的速度分布， 通过所述流体力学分析工具 确定所述变截面结晶器中的连铸坯的温度场分布和固相率分布包括： 基于所述网格式变截面连铸坯模型中的流体的速度分布情况通过所述OpenFOAM中的 scalarTransportFoam求解器计算所述 温度场分布和所述固相率分布； 在计算过程中， 所述 网格式变截面连铸坯模型的凝固传热控制方程 为： 上式中， κeff是当量导热系数， T为温度， ρ 为密度， L为凝固潜热， gl为液相率， Cp为比热，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114491692 A 2是由于铸坯移动和液相率变化而产生热量， 为液相率随时间变化造成 的潜热释放。 7.如权利要求6所述的变截面连铸坯的温度分布及固相率分布计算方法， 其特征在于， 通过所述OpenFOAM的scalarTran sportFoam求解器计算所述温度场分布和所述固相率分布 的过程还 包括： 为所述凝固传热控制方程增加对时间的导数项， 并对所述凝 固传热控制方程进行源项 线性化处理； 其中， 进行源项线性化处理的计算公式为 其中， Ts和Tl分别为固相线和 液相线温度， T0和Δt分别 为前一时刻的温度和计算时间步长 。 8.一种变截面连铸坯的温度分布及固相率分布计算系统， 其特 征在于， 包括： 建模单元， 用于通过预设模型构建工具构建变截面结晶器中的连铸坯的初始三维几何 模型； 预处理单元， 用于对所述初始三维几何模型进行网格剖分预处理， 以形成网格式变截 面连铸坯模型； 速度分布计算单元， 用于基于预设流体力学分析工具确定所述网格式变截面连铸坯模 型中流体的速度分布； 最终计算单元， 用于基于所述网格式变截面连铸坯模型中的流体的速度分布， 通过所 述流体力学分析工具确定所述变截面结晶器中的连铸坯的温度场分布和固相率分布。 9.如权利要求8所述的变截面连铸坯的温度分布及固相率分布计算系统， 其特征在于， 所述预处 理单元包括： 第一处理单元， 用于将所述初始三维几何模型按照Step格式保存， 并通过Gmsh对Step 格式的初始三维几何模型进行处 理， 以形成G msh网格式变截面连铸坯模型； 第二处理单元， 用于通过GmshToFo am工具将所述Gmsh 网格式变截面连铸坯模型转换为 OpenFOAM网格式变截面连铸坯模型。 10.如权利要求9所述的变截面连铸坯的温度分布及固相率分布计算系统， 其特征在 于， 所述最 终计算单元用于通过凝固传热控制方程对所述变截面结晶器中的连铸坯的温度 场分布和固相率分布进行计算； 并且， 所述 最终计算单 元还包括： 惯性项增 加单元， 用于为所述凝固传热控制方程增 加惯性项： 源项线性化处理单元， 用于对所述凝固传热控制方程进行源项 线性化处理。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114491692 A 3