浮法玻璃錫槽內(nèi)保護(hù)氣體流動(dòng)狀態(tài)的三維數(shù)值模擬

錫槽是浮法玻璃生產(chǎn)過程中的重要熱工設(shè)備，是玻璃成型區(qū)。在玻璃成形過程中，由于溫度很高（溫度范圍一般為650~1050℃），錫槽內(nèi)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，在錫槽內(nèi)通入的保護(hù)氣體（N2+H2），其速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化會(huì)對(duì)這些反應(yīng)生成的物質(zhì)產(chǎn)生一定程度的影響，因此，研究錫槽內(nèi)保護(hù)氣體的體積分?jǐn)?shù)分布情況及其速度場(chǎng)的變化規(guī)律，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有著重要的作用。通過建立錫槽三維模型，運(yùn)用數(shù)值模擬的方法，研究了在玻璃錫槽中隨著氣體噴入時(shí)間的變化，保護(hù)氣體的體積分?jǐn)?shù)分布及速度場(chǎng)變化情況。首先模型的建立：從工藝要求和生產(chǎn)控制角度，將錫槽按長(zhǎng)度方向分成4個(gè)區(qū)域，其中二區(qū)在錫槽內(nèi)起關(guān)鍵作用。選用拉引量為150t/d的錫槽模型，構(gòu)建錫槽的整體模型，如圖1所示，取沿長(zhǎng)度方向?yàn)閤

軸，寬度方向?yàn)閥

軸，高度方向?yàn)閦

軸。圖1錫槽模型示意圖通過Solidworks軟件建立錫槽模型后，導(dǎo)入到ICEMCFD中對(duì)錫槽模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分。其次進(jìn)行玻璃帶成形過程的數(shù)值模擬。流體為不可壓縮的牛頓型流體；在計(jì)算時(shí)按瞬態(tài)進(jìn)行處理，即選用transient選項(xiàng)；不考慮輻射的影響；在流動(dòng)中考慮湍流的影響，用k-ε方程對(duì)湍流進(jìn)行描述；因?yàn)橐芯勘Ｗo(hù)氣體的體積分?jǐn)?shù)分布情況，故選用VOF模型進(jìn)行計(jì)算；假設(shè)錫槽入口及邊封密封良好，保護(hù)氣體只能從尾端出口流出。最后確定好邊界條件后進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。隨著保護(hù)氣體從進(jìn)氣口通入到錫槽中，根據(jù)Fluent中迭代的結(jié)果，在后處理軟件CFD-Post中，每隔1s截取氮?dú)庠阱a槽空間的體積分?jǐn)?shù)分布，如圖2所示；同樣地每隔1s，截取氫氣在錫槽空間的體積分?jǐn)?shù)分布，如圖3所示；圖4是通入保護(hù)氣體之后，每隔1s所記錄的保護(hù)氣體的速度場(chǎng)分布圖。圖2氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)分布圖圖3氫氣體積分?jǐn)?shù)分布圖圖4保護(hù)氣體速度矢量圖通過實(shí)驗(yàn)，主要得到的結(jié)論有：①建立了浮法玻璃錫槽保護(hù)氣體的三維模型，并利用有限元方法模擬了保護(hù)氣體在錫槽內(nèi)的流動(dòng)過程；②隨著不斷通入保護(hù)氣體，氮?dú)庠阱a槽內(nèi)的含量逐漸增多，通入氣體6s左右，氮?dú)饧纯沙錆M大部分錫槽，而氫氣則由初始通入時(shí)的雜亂狀態(tài)逐漸變