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浮法玻璃熔窑结构的数值模拟和相关问题研究

王平  
【摘要】: 本文在前人关于浮法玻璃熔窑数学模拟研究的基础上,利用计算流体力学模拟软件Fluent建立了浮法玻璃熔窑内玻璃液传热与流动模型的数学模型,适当利用简化处理方式对浮法玻璃熔窑内玻璃液流场和温度场进行数值模拟。传热采用直接壁面传热,湍流采用k-ε模型,热辐射采用P1模型模拟的方法来计算。计算和模拟了不同的窑池结构布置时,玻璃液的传热和流动方式过程。 研究过程使用Gambit软件进行网格划分;使用Fluent软件计算求解;使用Tecplot软件将数值模拟得到的计算结果用图像表述出来。从而直观地表明浮法玻璃熔窑流场和温度场分布,实现计算结果的可视化。 本课题研究了650t/d的浮法玻璃熔窑的玻璃液的流动和温度分布情况。从模拟图像可以看到,该三维数学模型能够比较客观的反映浮法玻璃熔窑玻璃液的流场和温度场分布规律。在熔窑基本结构参数不变的情况下,通过改变熔窑的结构布局和尺寸参数,研究在一定的结构布局和尺寸参数变动情况下浮法玻璃熔窑的流场和温度场分布的规律。对于只有卡脖结构的熔窑,适当加大卡脖宽度,可以改善卡脖前直角池壁处的玻璃液流动情况,减少三角形死区的形成,有利于冷却部玻璃液的均化。当卡脖宽度加大后,会提高冷却部的玻璃液温度,对于玻璃液成型带来一定影响。熔化部布置一对耳池,可以起到降低玻璃液速度,提高熔化,澄清的作用。如果耳池距离卡脖的距离较远,对流的作用较弱,容易在耳池直角处形成死角区,玻璃液会在此处析晶,在温度波动时被成型流带入冷却部,影响玻璃的成型性能。冷却部布置一对耳池,起到了降低玻璃液流速度,提高均化、冷却的作用。卡脖后布置斜角,可以减少死区的形成,有利于玻璃质量的改善,但斜角不能过大。在熔化部布置斜角,会避免死区的形成,玻璃液对卡脖的冲刷作用减小了,改善玻璃液的澄清和均化。卡脖前布置一对耳池,冷却部布置斜角,可以降低液流速度,提高熔化,澄清的作用。适当的斜角可以减少死区的形成和提高玻璃液的均化和冷却的作用。在热点下布置窑坎,可以保证熔化部有足够强的自然对流,保证配合料在稳定位置熔化,有利于澄清和均化。通过对比研究找到适合不同工作条件的浮法玻璃熔窑结构的布置,和熔窑尺寸参数的选择,为浮法玻璃熔窑的设计提供理论依据。


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