(陜西鐵路工程職業(yè)技術學院,陜西 渭南 714099)

玻璃行業(yè)一直以來被認為是高耗能行業(yè)，玻璃在窯爐內進行熔煉溫度往往超過1 200 ℃，各國的工程師也一直從事玻璃冶煉中的降能耗、增產量、提質量的研究[1-3]。而這其中的關鍵就是對玻璃窯爐進行優(yōu)化設計，從而提高窯爐本身對于熱量的利用率[4-5]。但是玻璃窯爐在運轉過程中涉及復雜的傳熱傳質過程，而如果需要對玻璃窯爐進行優(yōu)化設計，就需要明確玻璃液流動的規(guī)律，熱量傳遞的途徑，而這些過程的研究是無法采用實驗進行測量研究，而數(shù)值模擬技術就成為優(yōu)化玻璃窯爐設計，明確其傳熱傳質機理的有效途徑。

1 Fluent軟件簡介

Fluent軟件是目前國際上主流的流體分析軟件，隨后被ANSYS公司收購作為其流體分析中的一個模塊，F(xiàn)luent軟件分析主要包括前處理建模-網(wǎng)格劃分-流體分析-結果后處理，前期的建模網(wǎng)格劃分主要利用Gambit進行，而在Fluent6.4以后版本已經停止對于Gambit的更新[6-8]。模型的建立可以在DesignMolder來完成，而網(wǎng)格的劃分主流采用ICEM-CFD，ICEM-CFD提供豐富的結構和非結構網(wǎng)格，尤其是在結構劃分領域其提供了多種策略，以獲得高質量的結構網(wǎng)格模型。

2 玻璃窯爐模擬的主要流程

玻璃窯爐的模擬第一步需要根據(jù)實物模型(見圖1)進行簡化建模，圖2為典型浮法玻璃生產線結構示意圖[9]，其中主要包括了玻璃窯爐、玻璃液成型錫槽、退貨窯和冷卻槽。模擬建模過程中需要根據(jù)一定要求對模型進行簡化。這樣可以在保留模擬結果精度的同時減少一部分的計算量。

圖1 玻璃窯爐構造示意圖

圖2 典型的浮法玻璃生產線整體示意圖

圖3為玻璃窯爐和熔池立體網(wǎng)格及其劃分圖，模型中為了保證網(wǎng)格精確度采用結構化網(wǎng)格對窯爐的火焰空間和熔池進行劃分，同時為了保證對局部重點分析的研究，對于火焰口、燃料進口、煙道出口等進行局部加密處理。

圖3 熔窯火焰空間及熔池立體網(wǎng)格劃分圖

3 參數(shù)設置模擬分析

玻璃窯爐的分析主要需要對窯爐墻體的換熱條件、燃料進口速度、出口條件進行設置，同時玻璃液的各項參數(shù)需要根據(jù)溫度的不同來進行編程[10]。圖4為玻璃窯爐火焰空間和熔化池的溫度云圖，通過對熔池不同截面來進行分析，可以精確分析在玻璃窯爐不同位置熱量的分布情況，根據(jù)不同區(qū)域玻璃液熔化要求的不同可以對玻璃液熔池進行設計優(yōu)化，從而獲得最佳熱熔化冶煉工藝。

同時可以通過模擬對熔池內部玻璃液流動的軌跡(見圖5)進行研究，可以看出玻璃液流動的回流區(qū)域，這對于進一步研究其玻璃液在熔池內部傳熱傳質機理有著重要的作用。通過優(yōu)化設計可以讓燃料口處的配合料回流更加充分，這樣可以促進配合料的充分熔化，減小卡脖處的回流圈可以減少高溫玻璃液對窯爐壁的沖刷，延長窯爐使用壽命。

圖4 玻璃窯爐模擬云圖

圖5 玻璃熔池玻璃液流動軌跡圖

4 結 論

介紹了計算流體力學軟件Fluent發(fā)展的流程，以及模型處理分析的主要功能，并對其在玻璃窯爐包括熔池和火焰空間的分析進行介紹，從而為玻璃行業(yè)窯爐設計及相關理論研究提出一些參考。