一种确定致密定形耐火材料导热系数的方法

摘要

本发明属于一种确定致密定形耐火材料导热系数的方法。其技术方案是：通过显微镜获取致密定形耐火材料试样的显微结构图，用图像分析软件对显微结构图进行二值化处理和轮廓线提取，获得分形维数平均值d。利用平均孔径表示气孔轮廓线的大小和分形维数表示气孔轮廓线的复杂程度，再用所测得的分形维数和平均孔径两个参数模拟致密定形耐火材料气孔轮廓，并根据气孔率P建立物理模型。最后用有限元软件对物理模型进行温度场稳态分析，得到温度梯度，利用公式获得致密定形耐火材料导热系数λ_i随温度T_i的变化曲线。本发明具有操作简单、成本低、适用性广和接近实际的特点。

主权项

一种确定致密定形耐火材料导热系数的方法，其特征在于所述方法的具体步骤是：步骤一、按照YB/T118—1997的“耐火材料气孔孔径分布试验方法”，计算致密定形耐火材料试样的孔径平均值步骤二、用显微镜获取所述致密定形耐火材料试样的显微结构图；步骤三、确定致密定形耐火材料试样气孔的分形维数平均值d(1)用Image‑Pro Plus图像分析软件对所述显微结构图进行二值化处理，得到二值化处理后的图像；(2)用Image‑Pro Plus图像分析软件对二值化处理后的图像进行轮廓线提取；(3)用Image‑Pro Plus图像分析软件测定所提取的轮廓线的分形维数，获得分形维数平均值d；步骤四、用CAD建模软件构造所述孔径平均值和所述分形维数平均值d的近似气孔轮廓；步骤五、假设所述近似气孔轮廓均匀分布，根据所述致密定形耐火材料试样的气孔率P和所述近似气孔轮廓，用CAD建模软件建立致密定形耐火材料试样的物理模型；步骤六、确定致密定形耐火材料试样的物理模型在温度T_i时的导热系数λ_i(1)将所述物理模型导入COMSOL Multiphysics有限元软件中；(2)用COMSOL Multiphysics有限元软件对所述物理模型划分网格；(3)向COMSOL Multiphysics有限元软件输入致密定形耐火材料的属性，所述致密定形耐火材料的属性是：设定物理模型的温度T_i，物理模型中的固相部分在温度T_i时的导热系数λ_ai，物理模型中的气孔部分的空气在温度T_i时的导热系数λ_bi；(4)用COMSOL Multiphysics有限元软件对物理模型施加边界条件：设物理模型的一边为热边，热边的热流密度为q；设所述物理模型热边的对边为冷边，冷边的换热系数为k；(5)用COMSOL Multiphysics有限元软件对物理模型进行温度场计算，得到物理模型热边的平均温度T_Hi和物理模型冷边的平均温度T_Ci；(6)物理模型在温度T_i时的导热系数λ_i${\lambda }_i=-q/\frac{{\mathrm{dT}}_i}{dx}...\left(1\right)$公式(1)：dT₁表示热边平均温度T_Hi与冷边平均温度T_Ci之差，K，dx表示致密定形耐火材料试样热边与冷边的距离，m,q表示热边的热流密度，W/m²，i表示1……n的自然数，n为5～10中任一自然数；步骤七、根据步骤六(3)‑(6)，得到致密定形耐火材料在温度T₁.T₂.T₃…T_n时对应的导热系数λ₁.λ₂.λ₃…λ_n；绘制致密定形耐火材料导热系数随温度变化的曲线。