本文系统地介绍了有关湍流流动和燃烧的数学模型及这些模型常用的求解方法,阐述了国内外玻璃熔窑火焰空间中燃烧过程研究方法的发展,在综合单元玻璃熔窑理论和实际作业过程的基础上,建立了具有实用意义的燃天然气单元玻璃熔窑火焰空间的三维数学模型,包括气相流动、化学反应和辐射传热模型。其中气相流动以流体力学中的连续性方程,动量方程,湍流模型方程和能量方程为基础,使用标准κ-ε模型,化学反应使用有限反应速率/涡耗散模型,辐射传热使用离散坐标模型。 研究过程使用Gambit软件进行网格划分;使用Fluent软件计算求解;使用Tecplot软件将数值模拟得到的计算结果用图像表述出来,从而更为直观地表现出火焰空间的速度场和温度场分布,实现计算结果的可视化。 本课题结合实例研究了年产7200t燃天然气单元玻璃熔窑内火焰空间的气体的流动情况和温度分布情况,通过改变五对喷嘴的燃气比例,分析不同燃气比例下火焰空间温度场和气流场的变化以及对配合料熔化和玻璃液澄清的影响。从结果上看,燃气比的改变对温度场有较明显的影响,对气流场也有一定的影响。当五对喷嘴燃气比分别为18%,20.5%,22.5%,23%,16%时火焰空间温度场分布最为合理。从模拟图像可以看出,该三维数学模型能够比较客观的反映燃天然气单元玻璃熔窑火焰空间的速度场和温度场的分布规律,对天然气燃烧技术发展具有较大的实用价值。同时,三维数值图像模拟技术由于具有直观、明了地表示数值计算的结果等优点,在玻璃熔制过程的研究中,具有广阔的应用前景。