玻璃纤维窑炉性能探究和优化

玻璃窑炉在玻璃产业中占据重要地位,是玻璃生产最重要的热工设备之一,被誉为玻璃生产的心脏。由于玻璃窑炉具有密闭性、高温性、连续工作性等特殊性,给测量和研究工作带来巨大的不便。本文利用Glass Furnace Model软件建立燃烧空间和玻璃池窑的三维空间模型,通过对玻璃池窑和燃烧空间热耦合的模拟计算,对熔窑内的物理化学变化过程进行分析研究。以产量为220 t/d的电助熔玻璃纤维窑炉为研究对象,建立基础模型。通过分析燃烧空间和玻璃池窑的温度场、气流场、碹顶的侵蚀影响、玻璃液流动轨迹和流动速度,对研究方案做全方面的分析比较,为窑炉的设计及生产工艺优化提供理论指导。     

具有良好运行特性的新型池窑结构设计

传统池窑中玻璃液的流动是自然对流控制下的混合对流，流型靠温度制度建立，稳定性差，对控制的要求高。为了改善玻璃熔制质量，剖析了传统池赛结构与运行特性的缺陷，针对性地提出了一种能克服其缺陷的新型池赛结构。用数值模拟对新池窑和传统池窑的运行特性进行了分析比较。这种新型池窑将澄清部由原来的深池改为浅槽，从而可用强迫流动取代原来的混合对流组织玻璃液澄清，因而具有稳定性好，易控制等优点。     

电助熔玻璃窑炉中玻璃液流动的数值模拟

在概括国内玻璃液流动数值模拟现状的基础上,针对某生产玻璃纤维窑炉进行数值模拟,建立关于电助熔窑炉中玻璃液流动的三维数学模型,运用标准κ-ε湍流模型、P1辐射模型获得模拟结果。对结果分析发现,温度分布沿池高方向降低,池长和池宽方向两侧较低;中间温度较高,呈明显的梯状分布;玻璃液的流动中存在的3个回流有利于玻璃液的澄清和均化;其模拟结果均与实际相符,表明该数学模型能较全面地反映玻璃液的流动情况。     

玻璃熔制过程的定量化评价

提出了评价玻璃熔化过程和玻璃澄清过程的定量指标——熔化指数和澄清指数，从而建立了应用数值模拟手段来定量地评价和分析玻璃熔制过程的方法。用澄清指数考查了熔窑结构和操作参数对彩色显像管玻璃熔制质量的影响，为玻璃生产提供了理论依据，指出了改进方向。研究成果已成功地应用于实际生产，经济效益显著。     

池窑拉丝通路内玻璃液流场与温度场的数值模拟

通过对池窑拉丝通路内玻璃液流动和传热的分析,建立了池窑拉丝道路纵剖面内玻璃液流动和传热的二维数学模型。其数值计算结果与现场实测数据和物理模拟试验数据吻合得较好。根据计算机数值计算的结果,对拉丝通路的结构改进和合理操作提供了理论依据和一些有实用价值的建议。     

熔窑内玻璃液流动与传热模型实验的新准则

熔窑内玻璃液流动与传热模型实验由于无法同时满足３个相似准则Ｒｅ，Ｇｒ和Ｐｒ相等，通常采用只保证两个相似准则 Ｒｅ，Ｇｒ相等而忽略 Ｐｒ准则的方法。分析表明，Ｐｒ对液流速度场和温度场却有强烈影响。基于熔窖内玻璃液的流动特点，由流动与传热控制方程导出了熔窑玻璃液流模型实验的两个新准则Ｇｒ／Ｒｅ和Ｐｅ。这两个新准则综合了 Ｒｅ，Ｇｒ和Ｐｒ ３个相似准则的作用，因此模型实验的相似性可得到实质性的改进，实验设计和操作也可更加方便。这种新的熔窑玻璃液流模型实验方法的有效性通过数值计算得到了验证。     

浮法玻璃熔窑内液流运动和传热三维数学模型

从流体力学和传热学原理出发，结合浮法玻璃熔窑作业特性，提出了浮法玻璃熔窑内三维液流运动及配合料熔化数学模型，建立了火焰与配合料和玻璃液之间的传热过程的半经验模型，模型采用SIMPLEC法进行计算求解，通过计算，研究了浮法玻璃熔窑内流运动特性，发现，在投料池中存在一个独特的循环液流，在配合料层覆盖下的上层玻璃液由两侧池壁流向中心线，与热点处情况刚好相反。     

永磁体作用下电阻点焊熔核中的电磁场分布规律

采用数值模拟方法研究了外加永磁体磁场作用下,电阻点焊熔核内的外部磁场、感应磁场及复合磁场强度及其磁场力的分布规律,并对熔化金属的流体流动模式进行了定性分析.结果表明,在外加磁场作用下,点焊熔核内的复合磁场分布以感应磁场为主导,从熔核中心至边缘逐渐增强,其径向磁感应强度分量随着永磁体工作距离增加而逐渐减小.熔核内同时存在由感应磁场生成的位于电极轴对称平面内的磁场力,以及由外加磁场引起的垂直于该平面的磁场力.在该正交磁场力的作用下,熔核内的熔化金属在电极轴对称平面及垂直于该平面的圆周方向同时进行高速流动,并呈现出沿熔核直径方向向外冲击的趋势.     

大型熔窑中垂直搅拌对玻璃液均化效果影响的数值模拟研究

熔窑内高温玻璃液的均匀性是用于衡量成形玻璃液质量的重要指标。本文采用ANSYS软件中的Fluent模块,对玻璃液前进流在卡脖中垂直搅拌器附近区域的流动情况进行了数值模拟研究,对比了是否施加垂直搅拌器对玻璃液流的影响。通过对添加粒子的运动轨迹进行数理统计和归纳的方式来研究搅拌器对玻璃液均化效果的影响。研究结果表明:粒子在搅拌器的作用下,水平方向和垂直方向均有较大程度的偏移并增大了互混程度。本项工作从数理统计的角度,对比了搅拌器对玻璃液均化效果的影响,提供了一种玻璃液均化效果的评价方式。     

双极串联抽锭电渣重熔供电特性理论分析和工业试验研究

对双极串联电渣重熔工艺原理、等效电路和供电特性进行理论分析,得到电极间距离、电极浸入渣池的深度和填充比是影响电流在渣池中的路径和分配比例的主要影响因素,并对双极串联渣池温度场进行数值模拟。结果表明,双极串联供电使渣池中高温区上移,较传统单极供电渣池中高温区远离渣金界面,有利于提高熔化速度而不影响钢锭凝固质量;双极串联抽锭电渣重熔工业试验结果证明,熔化速度增加2倍情况下钢锭内部凝固质量良好,表明渣池高温区上移减弱了熔化速度和钢锭凝固质量之间的关系。     

用无铅玻璃料研制环保型导电浆料

研究了Li2O,NaF,Al2O3和ZnO对玻璃体系软化温度和熔化温度的影响,在此基础上研制出了软化温度Tg低于500℃、熔化温度Tm低于560℃的低温无铅玻璃.分析了Li2O和NaF等对玻璃体系助熔的机理,用X射线衍射技术(XRD)分析了玻璃料的结晶状态,实验结果表明,制备的B2O3,Bi2O3和SiO2体系玻璃料为微晶玻璃,玻璃体系结构稳定.利用该玻璃料制备出的导电浆料,电性能优良,能满足低温电极的使用需要.     

真空断路器分断金属液桥形成的数值模拟

为研究高压真空断路器触点分断电弧的产生机理,考虑触点表面微观形貌,建立真空环境下铜触点电接触的几何模型和数学模型。数值模拟真空断路器分断时金属液桥的形成过程,其中金属液桥的熔化电压与铜材料的熔化电压近似相等,证明建立仿真模型的正确性。得出金属液桥形成中的温度分布及熔化相变体积变化;探究触点初始分断电流、表面粗糙高度及初始接触压力对金属液桥形成的影响。数值计算结果表明:金属液桥的电势差由电接触位置向电极两边逐渐减小;模型最高温度出现在电接触位置;金属液桥的形变受热膨胀力与表面张力共同作用,随着熔化相变体积的增大,影响金属液桥形变的主导因素从热膨胀力逐渐过渡为表面张力,因此其形状由最初的圆柱形变为哑铃型;金属液桥熔化所需时间随触点初始分断电流和触点表面粗糙高度的增大而减小,随触点初始接触压力的增大而增大。为进一步研究真空金属蒸气电弧的形成机理及提高断路器的可靠性和寿命提供理论支持。     

开源软件在玻璃熔窑模拟中的应用

数值模拟在玻璃熔窑结构设计、优化操作、节能减排等方面具有重要意义,一般采用昂贵的商业计算流体力学(CFD)软件进行玻璃熔窑的模拟研究。近年来,开源CFD软件发展迅速,其应用性与可靠性可与商业软件媲美,且具有代码公开、模型扩展容易、算法可控以及免费的优点。本文基于OpenFOAM软件,利用系列开源软件完成了玻璃熔窑的几何建模、网格划分、模拟计算、后处理工作,提出了玻璃熔窑低成本仿真模拟的实现方案,并与商业软件模拟结果进行了对比,预测了开源软件在工业过程模拟中应用前途。     

电火花加工用多孔质电极内部流场仿真与优化

为获得加工液在多孔质电极中流动的一般性规律,通过建立多孔质电极内部流道模型,采用数值方法对其内部流场进行了模拟仿真,并进行了实验验证.仿真结果与实验结果均显示普通多孔质电极的加工液大部分耗散于不参与加工的区域,加工液的利用率不高;采用裹覆铜箔的电极优化方法后,大幅提高了加工液利用率,但由于电极内部流道复杂狭窄,导致加工液的流动效率较低;进一步采用中空电极的优化方法后,其加工液利用效率不仅达到普通多孔质电极的5倍,也可减小加工液流动时的压力损失,提高加工液流动效率,获得较好的冲液效果.     

DP590双相钢电阻点焊熔核形成过程的数值模拟

基于SORPAS软件,针对DP590双相钢建立了描述点焊熔核形成过程的轴对称有限元模型,通过数值模拟定量揭示了双相钢点焊熔核的生长以及焊接热输入对熔核形成的影响,进而预测了典型点焊规范参数下的熔核尺寸,并通过实验验证了所建模型和计算结果的可靠性.结果表明:在一定的电极压力和焊接电流条件下,随着加热时间增加,点焊熔核经历了塑性粘连-产生熔核-熔核迅速长大-熔核缓慢长大的过程;随着点焊热输入的增加,熔核中心的最高加热温度升高,熔化温度以及奥氏体化温度以上的停留时间均延长,有利于奥氏体的均匀化以及熔核长大;由于数值模拟时对点焊飞溅考虑不足,使得在焊接电流较大时,计算所得熔核尺寸明显大于实测值,而在中、小焊接电流时熔核尺寸的模拟结果与实验结果较吻合.研究结果对汽车轻量化生产中双相钢的焊接具有指导意义.     

复合材料等离子直接熔积成形过程多相瞬态场数值模拟

提出了等离子直接熔积成形复合材料过程的固／液/气三相统一模型．该模型采用焓孔隙度方法来描述固／液（S／L）界面处的熔融和凝固过程;采用水平集（level-set）方法处理液／气（L／V）界面物理边界条件并追踪液／气界面的自由表面发展,考虑了熔体流动的主要驱动力——表面张力梯度和浮力以及工件表面的强制对流散热等因素,从而综合考察熔积层熔池内溶质扩散、液相流动和传热的瞬态演变过程．基于交错网格SIMPLEC算法编制了二维数值程序,对中碳钢基体、镍基高温合金粉末直接熔积成形的溶质扩散过程、流场、温度场瞬态分布及熔积层表面形貌的演变过程进行了数值模拟,此方法可进一步拓展到功能梯度材料熔积成形过程的数值模拟研究．     

荷电喷雾两相湍流流场的数值计算

荷电喷雾可以有效地改善雾化质量和喷雾流场特性，因此被广泛地应用于静电喷涂、除尘、药物喷洒和液体燃料的雾化燃烧等领域．荷电喷雾湍流射流流场的数值模拟对于荷电喷雾装置的设计及确定射流喷雾的各特性参数具有重要意义、采用颗粒拟流体方法，用κ-ε-κp荷电两相湍流模型对荷电喷雾气液两相湍流流场进行了数值模拟．经与实验结果对比，该模型可以较好地模拟荷电气液两相湍流射流流场，可用于荷电喷洒机具和荷电喷雾燃烧器的设计。     

防止砂岩粉料混有大颗粒入熔窑的方法

本文开始指出：玻璃生产中,硅砂经中碎和对辊式破碎机粉碎过筛后以20目粉料入仓,进入配料系统。若粉料中混入大颗粒,经粉仓进入配料系统入熔窑,难以熔化,可使玻璃板面上出疙瘩,影响玻璃的质量与产量。     

玻璃熔窑富氧燃烧的计算

本文导出了油重及天然气在富氧条件下燃烧的一些计算方程,并用热平衡方法分析了富氧燃烧对玻璃熔窑的影响。指出了对低热值的燃料及热回收系统工作效率较低的熔窑,采用富氧燃烧会收到明显的效果。     

玻璃成型过程中硫的形态变化及扩散机理研究

浮法玻璃正常生产过程是原料在熔窑经过高温熔化,形成均匀的玻璃液,由流道进入锡槽,通过拉边机作用,经过渡辊台后经退火切裁完成客户需要的产品.此过程的要求是连续的,不可间断.生产线最核心的组成部分是熔窑、锡槽、退火窑三大热工设备.在生产过程中需要有保证熔窑设备的安全,锡液的纯净,及高温下用水设备的安全.一但长时间停电会造成不可挽回的损失,甚至停产.因此需要对供电的可靠性要求很高.