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玻璃熔制过程的三维数值模拟

祁建伟  
【摘要】:本文针对彩色显像管玻璃熔窑建立了模拟玻璃熔制过程的整体数学模型,其核心为计算玻璃熔体流动和传热的二维和三维数学模型。二维液流模型还考虑了鼓泡和电助熔。为了预测玻璃质量,整体模型中包括描述玻璃液轨迹、熔化、均化、澄清和耐火材料侵蚀的子模型。采用已有的物理模型实验结果验证了本文数值方法的可靠性。 为了改进玻璃熔窑模型试验,详细数值研究了高粘性流体层流自然对流和混合对流。结果表明高粘性流体自然对流和自然对流起主导作用的混合对流可根据Ra分为三个区域:蠕动区、过渡区和边界层区。在蠕动区,自然对流特征速度取决于Gr而与Pr无关,Gr/Re可定量描述自然对流和强迫对流相对大小,而不是Gr/Re~2。对于边界层区,方腔自然对流特征速度取决于(Gr/Pr)~(1/2),Gr/(Re~2Pr)可定量描述自然对流和强迫对流相对大小,它代替了原来给定Pr下的Gr/Re~2。对于自然对流起主导作用的电子玻璃熔窑模型试验,可采用Ra和Pr两个相似准则来近似实现原型和模型的相似。 利用三维数值模拟详细研究了运行工况对熔制过程的影响,并得到以下主要结果:(1)在实际池炉流液洞中不存在回流,这不同于一般二维模拟结果;(2)两供料道不同引出量对玻璃熔制过程影响不大:(3)流液洞宽度影响流液洞回流和玻璃澄清过程;(4)相对于侧墙和桥墙散热,池底散热显著影响玻璃熔制过程;(5)横向液面温度不对称改变了横向流态并且降低了玻璃熔制质量。 数值模拟结果已成功运用于玻璃熔窑的改造过程和池炉故障诊断。


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