日产 400 吨浮法玻璃熔窑熔池玻璃液的数值分析

西安电子科技大学

毕业设计（论文）任务书

材料科学与工程学院无机非金属材料工程专业093 班级学生：

题目：日产400吨浮法玻璃熔窑熔池玻璃液的数值分析

毕业设计（论文）从2014 年 2 月25 日起到 2014 年 6 月 10 日

学生：签名：_________

指导老师：签名：_________

课题的意义及培养目标：

本课题以一座日产600吨浮法全氧燃烧玻璃熔窑作为分析对象在理论研究基础上，利用计算机F L U E NT流体分析软件对玻璃熔窑玻璃液的温度场和速度场进行数值分析，以便建立数学模型，改进玻璃熔窑的设计。锻炼学生利用计算流体力学的原理分析玻璃工业热工设备的能力，提高学生工程实际应用水平。

设计（论文）所需收集的原始数据与资料：

1国内外有关全氧燃烧玻璃熔窑的书籍、期刊与文献；

2F L U E NT流体软件建立数值分析的方法；

课题的主要任务（需附有技术指标分析）：

1、查阅有关采用全氧燃烧玻璃熔窑方面的中外文献资料15篇以上，其中外文2篇以上；根据论文题目写出开题报告，翻译一篇有3000汉字的相关课题外文资料；

2、利用F L U E NT软件对日产600吨浮法全氧燃烧玻璃熔窑玻璃液的温度场和速度场进行数值分析；

I 日产400 吨浮法玻璃熔窑熔池玻璃液的数值分析

摘要

在玻璃熔制过程中利用纯氧代替空气与燃料进行燃烧称之为玻璃熔窑的全氧燃烧技术。全氧燃烧不但使燃料充分燃烧，而且减少了烟气排放和N O X生成，实现了玻璃行业的节能减排。本文介绍了全氧燃烧玻璃熔窑玻璃熔化及玻璃液的流动所常用的数学模型阐述了国内国内外玻璃熔窑用数学模拟方法研究的发展概括。

本课题的研究对象为日产400t 的天然气全氧玻璃熔窑，结合全氧燃烧玻璃熔窑理论以及国内外对全氧燃烧玻璃熔窑数值分析研究的基础上，对玻璃液的流动建立的新的模型。所选用的模型包括玻璃液的层流流动，辐射传热DO 模型，重力影响因素。对于玻璃液的流动，进行了一系列的假设和简化，以方便问题的处理。

模型的具体处理，是通过G a m b i t软件建立几何模型并进行结构网格的划分。采用

F l u e n t软件的数值计算程序进行定义和后处理，并利用相应的图像处理软件直观的显示出所模拟的玻璃液的温度场和速度场分布的结果图像。玻璃液的模型设置中，玻璃液表面设置成传热固壁，根据经验对其编写的UDF 函数导入到模型中，同时考虑重力对玻璃液的影响。熔窑中玻璃液的各种物性参数变化（密度，温度，粘度，导热系数的变化），是根据经验公式编写熔化温度经验数据编写；密度变化、粘度变化、热导热率变化均是根据经验公式编写，是关于温度的线性函数。

结果表明，本文中对于玻璃液三维数值分析所选用的模型能够比较准确的反应出全氧燃烧玻璃熔窑中玻璃液的流动情况，并直观地表示出数值分析的结果。在对玻璃液流动的模拟中，将熔窑的形状、结构尺寸和进口温度作为定解条件，通过计算机求解控制方程组，得到熔窑内部玻璃液的速度场、温度场的分布及变化情况，以分析熔窑内部的玻璃液流动，达到优化窑炉设计的目的。另外，根据所求量的不同，可以用流体的速度矢量图、压力等值线图、等温线图等图形和动画，更直接地反应窑炉内部的变化。

关键字：全氧燃烧，玻璃熔窑，数值分析，玻璃液流动

II The Numerical Analysis of a 400t/d Oxy-fuel Glass Furnace Glass Flow

ABSTRACT

O xy-f u e l t e chno l og y i s an advanced co m bu s t i on t e chno l og y that make Pure o xy g e n i n s t ea d of a i r react w i t h f u e l.W i t h f u e l con s u m p t i on the a i r po ll u t i on not on l y i s s i gn i f i c a n t l y reduced but f l u e e m i ss i on s and n i tr og e n o x i d e s f o r m a t i on are a l s o d e c r ea s e d.I n t h i s t h e s i s s y s t e m a t i c a ll y the m a t h e m a t i c a l m od e l of co m bu s t i on and sand g r a i n d i ss o l u t i on m od e l w e r e i n tr oduc e d,a s w e ll as the d e v e l op m e n t of research methods at home and abroad w e r e r e v i e w e d.

The d a il y output of 400t g l a ss f u r n a c e w i t h n a t u r a l gas f i r e d o xy-f u e l firing i s s t ud i e d i n present w o rk.C o m b i n e d w i t h o xy-f u e l g l a ss m e l t i ng f u r n a c e theory and based on the r e s ea r ch of o xy-f u e l g l a ss m e l t i ng f u r n a c e nu m e r i c a l a n a l y s i s at home and a b r o a d,bu il d a new m od e l of the flow of m o l t e n g l a ss.T h e s e l e c t e d m od e l,i nc l ud i ng the l a m i n a r flow of the m o l t e n g l a ss,r a d i a t i v e heat tr a n s f e r DO m od e l,t h e i n f l u e nc e of g r a v i ty f a c t o r s.C r ea t e a s e r i e s o f a ss u m p t i on s and s i m p li f i c a t i on s for the flow of m o l t e n g l a ss,i n order to f a c ili t a t e the h a nd li ng of the p r ob l e m.

The s p e c i f i c treatment of the m od e l i s create a g e o m e tr i c m od e l and d i v i d e d a s tr uc t u r e d m e s h i ng by G a m b i t.U s e d by F l u e n t to d e f i n e the nu m e r i c a l c a l cu l a t i on procedures a nd po s t-p r oc e ss i ng,a nd v i s u a ll y d i s p l a y the s i m u l a t e d g l a ss fluid temperature and v e l oc i ty f i e l d d i s tr i bu t i on of the r e s u l t i ng i m a g e by co rr e s pond i ng g r a ph i c s p r oc e ss i ng s o f tw a r e.T o take a s i m p li f i e d a pp r o a ch,g l a ss s u r f a c e was set for the s o li d w a ll w h i ch can tr a n s f e r h ea t,wr i t e a UDF f unc t i on based on the e x p e r i e nc e of it then i m po rt e d that i n t o the m od e l,a t the s a m e t i m e,t h e g r a v i ty of g l a ss a l s o need take i n t o con s i d e r a t i on.T h e ph y s i c a l parameter v a r i a t i on s of g l a ss batch (d e n s i ty,t e m p e r a t u r e,v i s co s i ty,t h e r m a l conduc t i v i ty co e ff i c i e n t change) w e r e wr i tt e n i n UDF and i m po rt e d i n t o the m od e l a cco r d i ng to e x p e r i e nc e f o r m u l a.S p e c i f i c ph y s i c a l parameter changes are as f o ll o w s:T e m p e r a t u r e vary wr i tt e n a cco r d i ng to e x p e r i e nc e i n g l a ss m e l t i ng temperature data;the d e n s i ty changes,the v i s co s i ty changes and the ch a ng e s of t h e r m a l conduc t i v i ty were d e c i d e d by the e x p e r i e nc e f o r m u l a,a nd were li n ea r f unc t i on o f t e m p e r a t u r e.

The r e s u l t s show that the t h r ee-d i m e n s i on a l nu m e r i c a l a n a l y s i s m od e l s e l e c t e d i n h e r e cou l d a ccu r a t e l y r e f l e c t e d the flow of g l a ss fluid i n o xy-f u e l g l a ss m e l t i ng f u r n a c e.I n g l a ss flow s i m u l a t i on,tr ea t the shape of the f u r n a c e structure d i m e n s i on s and i n l e t and ou t l e t temperatures as boundary cond i t i on s,s o l v i ng the go v e r n i ng e qu a t i on s by computer,we can g e t