一种热分布均匀性的炉腔多孔板结构的制作方法

1.本实用新型涉及流体稳定领域，具体涉及一种热分布均匀性的炉腔多孔板结构。


背景技术：

2.多孔板也称分流板，现有的多孔板大都应用在物料过滤等工业场景中，在流体领域中的应用较少，由于缺乏大量的实际应用经验，导致现有应用于流体领域中的多孔板都是依据以往设计经验设计而成，对不同工作条件的实用性弱，在对炉腔高温流体的稳流过程中，无法达到最好的热分布均匀性。


技术实现要素：

3.本实用新型克服了现有技术中多孔板无法达到最佳热分布均匀性的缺陷，从而提供一种热分布均匀性的炉腔多孔板结构。
4.一种热分布均匀性的炉腔多孔板结构，包括用于间隔放置的底部板和上部板，所述底部板和上部板均包括多个通孔。
5.所述底部板上的通孔将底部板划分为两个区域，第一区域以及环绕第一区域的第二区域，所述第一区域内包括多圈均匀间隔分布的第一圆孔，其绕底部板几何中心向外发散设置，相邻两圈上最接近的两个第一圆孔的圆心位于同一径向线上，所述第一圆孔的直径由内圈向外圈逐渐增大；所述第二区域包括一圈沿径向平分线延伸的多个均匀间隔分布的第一梯形孔，其环绕第一区域设置，第一梯形孔靠近圆心的边为上底，远离圆心的边为下底，第一梯形孔的下底宽于其上底；
6.所述上部板上的通孔将上部板由内到外依次划分为第三区域、第四区域和第五区域，所述第三区域包括多圈均匀间隔分布的第二圆孔，所述多圈第二圆孔围绕上部板几何中心处的第二圆孔布置，所述第四区域包括多圈均匀间隔分布的第三圆孔，其环绕第三区域布置，所述第五区域包括一圈沿径向平分线延伸的多个均匀间隔分布的第二梯形孔，其环绕第四区域设置，第二梯形孔靠近圆心的边为上底，远离圆心的边为下底，第二梯形孔的下底宽于其上底。
7.本实用新型多孔板的一种优选，所述第一区域共五圈第一圆孔，内两圈的每一圈相邻两个第一圆孔之间的圆心角为30度，外三圈的相邻两个第一圆孔之间的圆心角为15度，所述第一圆孔的直径由内圈向外圈依次为 5mm、6mm、7mm、8mm和10mm。
8.本实用新型多孔板的一种优选，所述第三区域设置有六圈直径为6mm 的第二圆孔，每一圈内相邻两个第二圆孔之间的圆心角度数相同，从内圈到外圈，每一圈依次为40度、180/7度、18度、180/13度、12度和10度，相邻两圈通过圆孔圆心的径向线之间由内向外圈呈顺时针或逆时针错开；所述第四区域设置有五圈直径为5mm的第三圆孔，每一圈内相邻两个第三圆孔之间的圆心角度数相同，从内圈到外圈，每一圈依次为12度、11.25 度、10度、9度和90/11度，相邻两圈通过圆孔圆心的径向线之间由内向外圈呈顺时针或逆时针错开。
9.本实用新型多孔板的一种优选，所述第一梯形孔和第二梯形孔为尺寸完全相同的
等腰梯形，所述等腰梯形上底的长度为10mm、下底的长度为 16mm，上底与下底之间的距离为115mm。
10.本实用新型多孔板的一种优选，所述底部板上通孔的分布密度小于上部板上通孔的分布密度。
11.本实用新型多孔板的一种优选，所述底部板和上部板为外轮廓尺寸完全相同的圆形板，圆形板的厚度为3mm。
12.本实用新型的有益效果为：
13.本实用新型中底部板和上部板中的通孔的尺寸及排布，都是基于参数化设计思路及启发式算法得出的优化设计，实现了对炉腔高温流体的稳流过滤，相比于同类现有产品可以达到更好的热分布性。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本实用新型中底部板的结构示意图；
16.图2为本实用新型中上部板的结构示意图；
17.附图标记说明：
18.1、底部板；101第一区域；102第二区域；2、上部板；201、第三区域；202、第四区域；203、第五区域。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
23.本实用新型的第一种实施例，如图1和图2所示，一种热分布均匀性的炉腔多孔板结构，包括用于间隔放置的底部板1和上部板2，所述底部板 1和上部板2均包括多个通孔。
24.底部板1上的通孔将底部板划分为两个区域，第一区域101以及环绕第一区域101的第二区域102，所述第一区域101内包括五圈均匀间隔分布的第一圆孔，其绕底部板1几何中心向外设置，相邻两圈上最接近的两个第一圆孔的圆心位于同一径向线上，第一圆孔的孔径从内圈到外圈依次为 5mm、6mm、7mm、8mm、10mm；第二区域202包括一圈沿径向平分线延伸的多个均匀间隔分布的第一梯形孔，其环绕第一区域101设置，第一梯形孔靠近圆心的边为上底，远离圆心的边为下底，第一梯形孔s上底长度为 10mm、下底长度为16mm，长边与短边之间的距离为115mm。
25.上部板2上的通孔将上部板2由内到外依次划分为第三区域201、第四区域202和第五区域203，所述第三区域设置有六圈直径为6mm的第二圆孔，每一圈内相邻两个第二圆孔之间的圆心角度数相同，从内圈到外圈，每一圈依次为40度、180/7度、18度、180/13度、12度和10度，相邻两圈通过圆孔圆心的径向线之间由内向外圈呈顺时针或逆时针错开，所述第四区域设置有五圈直径为5mm的第三圆孔，每一圈内相邻两个第三圆孔之间的圆心角度数相同，从内圈到外圈，每一圈依次为12度、11.25度、10 度、9度和90/11度，相邻两圈通过圆孔圆心的径向线之间由内向外圈呈顺时针或逆时针错开，所述第五区域203包括一圈沿径向平分线延伸的多个均匀间隔分布的第二梯形孔，其环绕第四区域202设置，所述第一梯形孔和第二梯形孔的尺寸完全相同。
26.在本实施例中，底部板1和上部板2为外轮廓尺寸完全相同，厚度为 3mm的圆形板,同时底部板1上通孔的分布密度小于上部板2上通孔的分布密度。
27.本实用新型的第二种实施例为多孔板的设计流程：
28.s1:将多孔板划分为不同的子域，根据初始构型的局部特征将底部板1 划分为两个子域，上部板2划分为三个子域。针对不同区域分别进行参数化，初始设计参数包括倒角角度、圆孔位置、径向圆孔数量、圆孔半径差值、圆孔及梯形槽数量等。为评价多孔板对场内流量不均匀程度的影响，选取距板2上方一定距离的圆柱形场域作为计算域，计算域内最大流速
29.vmax与平均流速vmean的差值δv作为优化目标；
30.s2:在上一步骤中确定了灵敏度较高的设计变量组合，针对这些设计变量需先确定参数范围，范围选取的原则包括：1、孔之间不得产生干涉；2、易于加工制造；3、不对初始构型产生过大变化。由于取值范围较大，采用普通随机抽样方法对不同参数组合进行采样不能保证分布的均匀性，因此采用拉丁超立方抽样进行空间填充设计，分层抽样的方法保证了设计变量在取值区间内均匀分布。通过matlab脚本每一子域生成n组设计变量样本。 comsol link to matlab联合仿真平台允许通过脚本输入修改cfd模型参数，并在后台直接调用comsol求解器进行仿真求解，对于大量提交修改建模参数的仿真问题具有较高计算效率。提交计算后最终返回各参数集对应优化目标的仿真值，形成构建代理模型所需要的仿真样本库；
31.s3:根据设计变量和优化目标构造代理模型；
32.s4:基于得到的代理模型，使用粒子群优化算法以最小化计算域内最大流速vmax与平均流速vmean的差值δv作为目标函数结合约束条件对模型中的设计变量的设计值进
行优化，最终得到多孔板最佳参数组合。
33.本实用新型中底部板1和上部板2中的通孔的尺寸及排布，都是基于参数化设计思路及启发式算法得出的优化设计，实现了对炉腔高温流体的稳流过滤，相比于同类现有产品可以达到更好的热分布性。
34.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。