玻璃工业窑炉1窑炉概述C.ppt

1.6 玻璃熔窑的数值模拟 1.6.1 概念 （1）定义 数值模拟亦称计算机模拟。是以计算机作为研究工具，研究对象包括工程物理问题以及自然界各类问题，通过采用数值计算和图像显示的方法，达到认识了解和深入研究的目的。 (2)数值模拟的特点 熔窑的研究方法有现场实测，物理模型和数值模拟。 现场实测法对玻璃熔制过程中的各种现象和各物理量之间关系的直接测量分析。反映情况真实，但测试困难，且测量结果不能广泛推广。 物理模型法费用小，获得数据方便，但只能近似模拟熔窑部分或局部的局限参数，不能全面和准确地模拟熔窑各参数。 数值模拟可使用计算机来直观的表示最终结果，有流体的速度矢量图、流线图、压力等值线图等，能更直观地反映玻璃熔窑内部的变化。且方法灵活多变、无危险因素、速度快、成本低，只需改变参数就可最终达到优化设计的目的。 (3)数值模拟在玻璃熔窑设计中的应用 优化玻璃熔窑运行期间的操作参数，分析故障； 确定窑炉结构合理的尺寸大小等; 选择窑炉建造设计的最佳方案，并给出了应用实例。 （4）FLUENT计算流体软件 用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导的计算机程序，采用C语言编写，具有很大的灵活性与运算能力，能动态分配内存，高效数据结构，可灵活地控制解。 玻璃熔窑采用此软件进行模拟的场合较多。 （5）玻璃熔窑数值模拟的发展趋势 可用验证后的模型对玻璃质量进行预测，最大限度避免玻璃熔制的缺陷。 使用耦合模型，玻璃液流和火焰传热的模拟同时进行，效果更好。 从实际结果对模型进行修改更接近实际情况，实行可视化分析和计算，更直观地反映熔窑内部的变化。 直接用瞬时、完整的三维CFD模型来控制，实现自动化操作，提高生产效率和节约人力资源。 1.6.2 应用实例 （1） Fluent软件模拟步骤 利用Gambit软件建立玻璃熔窑三维几何模型和划分网格； 通过prePDF程序编写非预混燃烧模型，然后将生成3D网格的三维几何模型和燃烧模型导入Fluent； 进行网格调整、选择物理模型、设定边界条件、确定流体物性，然后进行数学模型的求解计算； 通过Tecplot软件进行处理，用图像来拟合计算结果，直观地表示温度场的分布和速度场的运动情况。 模拟步骤图 后处理分析，根据计算结果分析。 （2） 模拟结果及分析 玻璃熔窑3D结构图 玻璃熔窑火焰空间网格示意图 速度场模拟结果及分析 喷枪中心截面处xy面速度矢量分布 氧枪处yz面处速度矢量分布图 温度场模拟结果 火焰空间H2O的分析 喷枪中心位置H2O分布图 熔窑中心位置X轴方向H2O的质量分数曲线 玻璃液面流动模拟 1.7.1 定义 耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。 用做高温窑炉的结构材料，工业用高温容器和部件的材料。 大部分以天然矿石为原料制成。也有些采用工业原料和人工合成原料。 1.7 耐火材料概述 玻璃池窑用 部分耐火材料 坩埚玻璃窑 用坩埚 电弧炉：用电能转变为热能来熔炼金属的热工设备。 1.7.2 耐火材料的分类 化学矿物组成分类 （1）硅质制品； （2）硅酸铝制品； （3）镁质制品； （4）白云石制品； （5）铬质制品； （6）特殊制品。 特性分类 酸性；中性；碱性。 耐火度分类 普通、高级、特级、超级。 成型工艺分类 天然岩石；泥浆浇注；可塑；半干成型；捣打成型；熔铸制品。 形状和尺寸分类 标型；普型；异型；特型；超特型 1.7.3 玻璃工业与耐火材料的关系 耐火材料要求 （1）首先应能很好抵抗玻璃熔体; （2）抵抗气体作用物的侵蚀; （3）具有足够高的荷重软化点; （4）具有足够高热稳定性。 用质量低劣的耐火材料：会造成经常停炉待修、限制熔制温度、降低熔窑产量、缩短池窑寿命、使玻璃带有各种缺陷（条纹、结石等），降低玻璃质量。 应掌握各种耐火材料的性质和特点，弄清窑炉各部位条件，研究耐火材料受侵蚀的机理，才能正确选用窑炉耐火材料。 使用部位 耐火材料 使用温度/℃ 侵蚀原因 熔化池 池壁 AZS33QX－Y 1400 玻璃液面在此部位，磨损、蚀损严重 池底铺面层 AZS33WS－Y 1200 与玻璃液接触，金属向下钻孔侵蚀，气液相向上钻孔侵蚀 碹顶 优质硅砖 1500 高温烧损、火焰冲击、粉料蚀损 胸墙 优质硅砖 1500 高温烧损、火焰冲击、粉料蚀损 流液洞 AZS－41 1300 向上蚀损、磨损 池底密封层 锆质捣打料 1200 金属向下钻孔侵蚀 玻璃熔窑主要部位耐火材料 使用部位 选用耐火材料 使用温度/℃ 侵蚀原因 小炉 小炉口碹 AZS－33 1500 火焰冲刷、粉料蚀损 小炉口底板 AZS－33 1400 火焰冲刷、粉料蚀损 格子体 煤气蓄热室格子体 低气孔粘土砖 200-450 低温的温度变化 空气第一通道