浮法玻璃論文-浮法玻璃熔窯的數(shù)值模擬及相關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

1、浮法玻璃論文-浮法玻璃熔窯的數(shù)值模擬及相關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究 【摘要】： 本文在對國內(nèi)外浮法熔窯模擬研究現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析的基礎(chǔ)上,對中國洛陽浮法技術(shù)熔窯進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,期望達(dá)到促進(jìn)優(yōu)化熔窯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高玻璃熔窯熔化效率的目的。本文從改善玻璃質(zhì)量和節(jié)能降耗兩方面入手,對熔窯內(nèi)玻璃液流的特征規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究。并且,依據(jù)玻璃液流的特征規(guī)律,本文提出了浮法玻璃熔窯結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行數(shù)值模擬。同時(shí),對相關(guān)輔助設(shè)施也進(jìn)行了數(shù)值模擬及優(yōu)化研究。 本文采用數(shù)值模擬的方法,以熔窯內(nèi)熔融玻璃液為研究對象,建立了日熔化量為500噸(500 t/d)的熔窯玻璃液流模型;并且采用檢測玻璃端面條紋的方法對模

2、擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。然后一方面在相同模型的基礎(chǔ)上,通過改變?nèi)刍窟@一模擬邊界條件,研究了熔化量變化對熔窯內(nèi)循環(huán)液流的流動量和流出量的影響,在此基礎(chǔ)上探討熔化量變化對產(chǎn)品質(zhì)量和熔窯能耗的影響;另一方面,在相同模擬邊界條件下,通過改變數(shù)值模型,分別研究不同熔窯池底結(jié)構(gòu)和冷卻水包插入液面以下不同深度的液流對產(chǎn)品質(zhì)量和熔窯能耗的影響。最后,建立卡脖垂直攪拌器下的玻璃液流模型,以上述模擬中獲得的卡脖處玻璃液的液流速度為初始邊界條件,模擬研究不同攪拌速度對玻璃產(chǎn)品質(zhì)量的影響。 運(yùn)用ANSYS CFD軟件進(jìn)行浮法熔窯內(nèi)玻璃液流動狀態(tài)的數(shù)值模擬;采用YTF2003型浮法玻璃條紋圖像分析儀來采集端面條紋圖像,對模擬

3、結(jié)果加以對比和驗(yàn)證。 模擬和驗(yàn)證結(jié)果表明,玻璃液在熔窯中存在三個(gè)主要的循環(huán)。三個(gè)循環(huán)的部分玻璃液在循環(huán)后都能流出熔窯,并最終形成不同層的玻璃。循環(huán)I在熱點(diǎn)前,此循環(huán)的部分玻璃液直接流向熔窯出口玻璃液的上層,流出熔窯后形成上層玻璃;循環(huán)II在熱點(diǎn)后和熔窯出口之間,此循環(huán)的部分玻璃液經(jīng)循環(huán)后流向熔窯出口處循環(huán)I玻璃液的下方,流出熔窯后形成中層玻璃;循環(huán)III只在工作部內(nèi)部循環(huán),此循環(huán)的部分玻璃液經(jīng)循環(huán)后流向熔窯出口處循環(huán)II玻璃液的下方,流出熔窯后形成下層玻璃。在日熔化量改變的條件下,玻璃的質(zhì)量和均勻性都隨日熔化量的增加而惡化,但是單位能耗卻隨日熔化量的增加而減少。隨著日熔化量的增加,循環(huán)II的玻

4、璃液流量減小,循環(huán)III的玻璃液流量增大,并且循環(huán)I的玻璃液和循環(huán)III的玻璃液流出熔窯的流出量增加。在不同的池底結(jié)構(gòu)模型中,從節(jié)能的角度考慮,節(jié)能效果依次是階梯型池底結(jié)構(gòu)熔窯,卡脖前提升池底高度熔窯和卡脖后提升池底高度熔窯。從產(chǎn)品質(zhì)量的角度考慮,卡脖前提升池底高度的熔窯和卡脖后提升池底高度的熔窯的產(chǎn)品質(zhì)量相似;而階梯型池底結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品質(zhì)量相對較差。在不同的卡脖冷卻水包的插入液面以下深度模型中,最適宜的冷卻水包插入深度為0.2 m。在卡脖攪拌器不同轉(zhuǎn)速的條件下,最適宜的卡脖垂直攪拌器的轉(zhuǎn)速為9 rpm?！娟P(guān)鍵詞】：浮法玻璃 熔窯 數(shù)值模擬 端面條紋圖像 質(zhì)量 能耗 【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)【學(xué)

5、位級別】：博士【學(xué)位授予年份】：2010【作者】：馮志軍【付費(fèi)索取全文】Q聯(lián)系Q：138113721 Q聯(lián)系Q:139938848【目錄】： · 摘要4-6· Abstract6-13· 第1章 緒論13-25· 1.1 國內(nèi)浮法玻璃技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與差距13-16· 1.1.1 國內(nèi)浮法玻璃發(fā)展現(xiàn)狀13-15· 1.1.2 國內(nèi)浮法玻璃產(chǎn)品與國外發(fā)達(dá)國家的差距15-16· 1.2 中國浮法玻璃技術(shù)的發(fā)展方向16-17· 1.2.1 提高浮法玻璃原片的質(zhì)量16-17· 1.2.2 節(jié)能17· 1.

6、2.3 熔窯數(shù)值模擬17· 1.3 數(shù)值摸擬在玻璃熔窯熔化過程的應(yīng)用17-22· 1.3.1 有限元數(shù)值模擬17-18· 1.3.2 國外熔窯數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀18-20· 1.3.3 國內(nèi)熔窯數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀20-21· 1.3.4 數(shù)值模擬研究的難點(diǎn)與不足21-22· 1.4 研究的思路和可行性22-23· 1.4.1 研究的思路22· 1.4.2 研究的可行性22-23· 1.5 研究的主要內(nèi)容23-25· 1.5.1 浮法玻璃熔窯熔融玻璃液模型的建立和驗(yàn)證23· 1.5.2 日

7、熔化量23· 1.5.3 池底結(jié)構(gòu)23-24· 1.5.4 卡脖冷卻水包24· 1.5.5 卡脖垂直攪拌器24-25· 第2章 研究內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)裝置25-29· 2.1 研究內(nèi)容與方法25-26· 2.1.1 500 t/d 熔窯的數(shù)值模擬25· 2.1.2 不同日熔化量熔窯的數(shù)值模擬25· 2.1.3 池底結(jié)構(gòu)和卡脖冷卻水包的優(yōu)化模擬25· 2.1.4 卡脖垂直攪拌器的優(yōu)化模擬25-26· 2.2 試樣的來源26· 2.3 YTF-2003 型浮法玻璃條紋圖像分析儀26-29·

8、; 2.3.1 基本原理27-28· 2.3.2 用途、性能與主要參數(shù)28-29· 第3章 浮法玻璃熔窯液流特征規(guī)律的數(shù)值模擬29-52· 3.1 數(shù)值方程29-31· 3.1.1 連續(xù)性方程29· 3.1.2 運(yùn)動方程29· 3.1.3 能量方程29-30· 3.1.4 湍流方程30-31· 3.2 采用軟件ANSYS 軟件31-35· 3.2.1 ANSYS 軟件介紹31· 3.2.2 FLOTRAN CFD 軟件31-32· 3.2.3 FLUID 142 單元32-35

9、3; 3.3 熔窯參數(shù)和邊界條件35-37· 3.3.1 窯爐整體尺寸35· 3.3.2 料堆和泡沫35-36· 3.3.3 卡脖冷卻水包36· 3.3.4 邊界條件36-37· 3.4 玻璃液在熔窯內(nèi)的性能參數(shù)37-39· 3.5 建模和劃分網(wǎng)格39-40· 3.5.1 模型簡化39· 3.5.2 建立實(shí)體模型并劃分網(wǎng)格39-40· 3.6 模擬結(jié)果與討論40-46· 3.7 模擬結(jié)果與條紋圖像的對比研究46-50· 3.7.1 浮法玻璃端面條紋圖像的特征46-50· 3.

10、7.2 模擬結(jié)果和條紋圖像的對比50· 3.8 驗(yàn)證模擬的分析結(jié)果50-51· 3.9 本章小結(jié)51-52· 第4章 日熔化量變化對玻璃液流及品質(zhì)影響的研究52-67· 4.1 熔窯日熔化量模擬參數(shù)52· 4.2 模擬結(jié)果與討論52-62· 4.2.1 不同循環(huán)的流速和日流量52-60· 4.2.2 不同循環(huán)的日流出量60-62· 4.3 模擬結(jié)果驗(yàn)證62-65· 4.4 本章小結(jié)65-67· 第5章 玻璃熔窯結(jié)構(gòu)與輔助措施的優(yōu)化研究67-101· 5.1 熔窯池底結(jié)構(gòu)優(yōu)化67-88&

11、#183; 5.1.1 在熔窯卡脖前提升池底67-76· 5.1.2 在熔窯卡脖后提升池底76-83· 5.1.3 階梯型池底結(jié)構(gòu)83-87· 5.1.4 三種池底結(jié)構(gòu)優(yōu)化的比較87-88· 5.2 卡脖冷卻水包深度優(yōu)化88-95· 5.2.1 卡脖冷卻水包深度優(yōu)化模擬參數(shù)88-89· 5.2.2 卡脖冷卻水包深度優(yōu)化模擬結(jié)果和討論89-95· 5.3 卡脖垂直攪拌器的轉(zhuǎn)速優(yōu)化95-99· 5.3.1 邊界條件95-97· 5.3.2 網(wǎng)格劃分97· 5.3.3 模擬結(jié)果和討論97-99· 5.4 本章小結(jié)99-101· 結(jié)論101-103· 參考文獻(xiàn)103-110·