【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及數值模擬，尤其涉及一種三維遺體火化模型的數值模擬方法。
技術介紹
1、死亡是每個人必然經歷的人生過程，讓人們能夠體面地、有尊嚴地離開這個世界是殯葬行業的根本宗旨和核心任務，而火化是當前推行的基本政策，為人們守好這人生中的最后一關需要與之匹配的先進技術裝備。
2、由于遺體火化涉及比較嚴肅的倫理問題，不方便直接進行實驗研究，因此，當前火化機設備研制相對落后，火化機設計和操作更多為老技術人員根據經驗進行，遺體火化燃燒過程缺乏系統性理論計算分析，這也就造成當前使用的大多數火化機油耗過高、燃油利用率低及煙氣污染物排放超標等現象。
技術實現思路
1、本專利技術提供一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，用以解決現有技術中遺體火化燃燒過程缺乏系統性理論計算分析，進而導致當前火化機設備研制相對落后的缺陷，實現通過三維模型的數值模擬研究遺體在火化過程中的燃燒情況，指導新型火化機的設計和優化。
2、本專利技術提供一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，包括步驟s1～s4。
3、s1、根據現有研究遺體組分占比將遺體的結構和組成簡化為蛋白質、脂肪、水分以及灰分的混合物，獲取與簡化混合物組分一致的替代組織。
4、s2、獲取步驟s1的替代組織進行燃燒火化的燃燒反應熱、燃燒反應速率、熱物性及分解產物。
5、s3、基于步驟s1的替代組織組分以及步驟s2獲取的替代組織燃燒火化參數與遺體火化機物理模型進行耦合，建立遺體燃燒的三維燃燒模型。
7、根據本專利技術提供的一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，所述替代組織是與遺體的結構和組成簡化后的混合物組分相同的動物瘦肉組織和肥肉組織。
8、根據本專利技術提供的一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，步驟s2中，替代組織的燃燒反應熱通過熱重-差式掃描量熱法獲得；替代組織的燃燒反應速率根據熱重曲線使用線性模型擬合方法和等轉化率法擬合獲得；替代組織的熱物性通過熱物性測量設備測得；替代組織的分解產物通過熱重一差式掃描量熱法配合氣相色譜儀獲得。
9、根據本專利技術提供的一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，步驟s3建立的三維燃燒模型中，遺體火化機內燃燒過程模擬簡化為四個反應過程，包括水分蒸發過程、有機質分解過程、分解產物燃燒過程和固定碳燃燒過程，四個反應過程在遺體火化中同時進行。
10、根據本專利技術提供的一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，水分蒸發過程的水分蒸發速率以及有機質分解過程中有機質熱分解速率均通過以下公式(1)進行描述：
11、k＝aexp(-e/rt)??公式(1)；
12、其中，k為反應速率，a為反應指前因子，f為反應活化能，r為氣體常數，t為反應溫度。
13、根據本專利技術提供的一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，步驟s3建立的三維燃燒模型中，遺體火化機的燃料化學式簡化為c10h22，燃燒化學反應模型框架為渦耗散模型，燃燒化學反應使用兩步化學反應，分別為下述公式(2)和公式(3)：
14、
15、
16、根據本專利技術提供的一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，步驟s3建立的三維燃燒模型中，選用p1輻射模型或do輻射模型描述遺體火化機爐壁對火化機內氣體及噴入的柴油液滴的輻射作用，遺體火化機爐壁的輻射壁面熱流通過以下公式(4)計算得到：
17、
18、其中，α為吸收常數；σs為散射系數；g為入射強度；c為各相異性相位函數系數。
19、根據本專利技術提供的一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，步驟s4中，通過遺體模型的孔隙率修正遺體區域的熱物性，所求熱物性通過以下公式(5)獲取，
20、其中，ε為孔隙率，為固體組分密度，為氣體組分密度，v為體積。
21、根據本專利技術提供的一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，所述孔隙率ε由以下公式(6)計算得到；
22、
23、其中，mt為t時刻固體剩余質量，m0為初始時刻固體質量，m∞為完全反應時固體質量。
24、根據本專利技術提供的一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，步驟s3建立的三維燃燒模型中，遺體對火化機內氣體的流場阻力通過ergun方程控制，用define_profile宏進行描述。
25、本專利技術提供的一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，將遺體的結構和組成簡化，獲取與簡化組分一致的替代組織；獲取替代組織燃燒火化的燃燒反應熱、燃燒反應速率、熱物性及分解產物，并與遺體火化機物理模型進行耦合，建立遺體燃燒的三維燃燒模型；修正遺體區域燃燒過程參數，得到遺體在火化機內的燃燒反應規律。通過建立遺體在火化機內的三維燃燒模型，可以獲得火化機燃燒過程中爐內氣體的流場、溫度場的分布規律，觀察模擬遺體燃燒過程中遺體組分隨燃燒進行變化規律，為遺體火化燃燒過程提供系統性理論計算分析，并以此來指導遺體火化過程燃料和風量供給，可以指導新型火化機的設計和優化。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，所述替代組織是與遺體的結構和組成簡化后的混合物組分相同的動物瘦肉組織和肥肉組織。
3.根據權利要求1所述的三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，步驟S2中，替代組織的燃燒反應熱通過熱重-差式掃描量熱法獲得；替代組織的燃燒反應速率根據熱重曲線使用線性模型擬合方法和等轉化率法擬合獲得；替代組織的熱物性通過熱物性測量設備測得；替代組織的分解產物通過熱重-差式掃描量熱法配合氣相色譜儀獲得。
4.根據權利要求1～3中任意一項所述的三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，步驟S3建立的三維燃燒模型中，遺體火化機內燃燒過程模擬簡化為四個反應過程，包括水分蒸發過程、有機質分解過程、分解產物燃燒過程和固定碳燃燒過程，四個反應過程在遺體火化中同時進行。
5.根據權利要求4所述的三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，水分蒸發過程的水分蒸發速率以及有機質分解過程中有機質熱分解速率均通過以下公式(1)進行描述：>
6.根據權利要求1～3中任意一項所述的三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，步驟S3建立的三維燃燒模型中，遺體火化機的燃料化學式簡化為C10H22，燃燒化學反應模型框架為渦耗散模型，燃燒化學反應使用兩步化學反應，分別為下述公式(2)和公式(3)：
7.根據權利要求1～3中任意一項所述的三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，步驟S3建立的三維燃燒模型中，選用P1輻射模型或DO輻射模型描述遺體火化機爐壁對火化機內氣體及噴入的柴油液滴的輻射作用，遺體火化機爐壁的輻射壁面熱流通過以下公式(4)計算得到：
8.根據權利要求1～3中任意一項所述的三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，步驟S4中，通過遺體模型的孔隙率修正遺體區域的熱物性，所需熱物性通過以下公式(5)獲取，
9.根據權利要求8所述的三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，所述孔隙率ε由以下公式(6)計算得到；
10.根據權利要求1～3中任意一項所述的三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，步驟S3建立的三維燃燒模型中，遺體對火化機內氣體的流場阻力通過Ergun公式控制，用DEFINE_PROFILE宏進行描述。
...【技術特征摘要】
1.一種三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，所述替代組織是與遺體的結構和組成簡化后的混合物組分相同的動物瘦肉組織和肥肉組織。
3.根據權利要求1所述的三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，步驟s2中，替代組織的燃燒反應熱通過熱重-差式掃描量熱法獲得；替代組織的燃燒反應速率根據熱重曲線使用線性模型擬合方法和等轉化率法擬合獲得；替代組織的熱物性通過熱物性測量設備測得；替代組織的分解產物通過熱重-差式掃描量熱法配合氣相色譜儀獲得。
4.根據權利要求1～3中任意一項所述的三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，步驟s3建立的三維燃燒模型中，遺體火化機內燃燒過程模擬簡化為四個反應過程，包括水分蒸發過程、有機質分解過程、分解產物燃燒過程和固定碳燃燒過程，四個反應過程在遺體火化中同時進行。
5.根據權利要求4所述的三維遺體火化模型的數值模擬方法，其特征在于，水分蒸發過程的水分蒸發速率以及有機質分解過程中有機質熱分解速率均通過以下公式(1)進行描述：
6.根據權利要求1～3中...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭嬋，吳慧，金嘉寧，詹宇軒，劉沛鑫，高源，方祥，孫成龍，郭雷，
申請(專利權)人：民政部一零一研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。