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普通浮法玻璃在加热到接近软化温度后,通过快速冷却的方法,可得到各项性能优秀的钢化玻璃。风淬冷钢化的方法,由于其成本较低、生产效率高等优点而被用于平板玻璃钢化的工业化生产当中。风淬冷是平板玻璃钢化的最后一道工序,也是最重要的一道工序,决定了玻璃的钢化质量。平板玻璃风淬冷钢化生产线的一个包含着风道的流场、强制对流换热、玻璃的温度场、应力场等多种物理场的相互耦合繁杂系统。其中存在风嘴高度、玻璃厚度、风压大小、急冷时间等诸多影响钢化质量的因素,难以实现各种因素的全面考虑和控制,容易产生风斑、自爆、钢化强度不够等问题。 国内现有平板玻璃淬冷系统存在诸如淬冷过程压强和冷却的均匀性难以保证、薄玻璃钢化难以达到所需的冷却速度等问题。为了克服现有平板玻璃钢化淬冷系统的不足,探究玻璃淬冷过程中各个工艺参数对钢化效果的影响及整个淬冷系统的运行过程,本文采用数值仿真和实验验证相结合的方法,对平板玻璃钢化淬冷系统进行分析研究。具体研究内容如下: (1)根据淬冷系统的实际工况,以实际生产线的尺寸为基础,建立包括风管、风箱和风栅等数值仿真模型。考虑到淬冷系统整个系统的流动性和风嘴对玻璃表面压力作用效果,采用分段建模的思想对系统进行合理简化,并截取两条相邻风栅作为数值仿真的主要研究模型。 (2)通过工厂实地采集模型的初始条件和边界条件,确定仿真使用的数学模型,完成了对包括通过段风管及风箱、冷却段风管及风箱、通过段上下风栅单元、冷却段上下风栅单元在内的6部分进行流场的模拟仿真。得到了各部分流场的速度、压强分布情况,发现了由于结构引起冷却段上风栅入口速度大于下风栅速度等特征。 (3)在流场仿真的基础上,结合现有对射流冲击平板换热的研究,针对钢化过程的独有特征,对淬冷系统中空气射流冲击高温平板玻璃强制对流换热进行模拟研究,得到了玻璃表面的局部对流传热系数和压强分布,发现风嘴正对处对流传热系数和压强明显大于其他区域,且压强与对流换热系数存在正相关性。同时,以对流换热模拟得到的玻璃表面平均对流换热系数238 W/(m2· K)为边界条件,对玻璃进行瞬态热分析,得到玻璃在150s内温度分布,在8s时产生最大温度差147℃。 (4)通过将工厂生产线风机功率设置为额定功率的65%、80%、95%,运行稳定后对风机出口、风嘴进行压强和流速的数据采集,通过将实验数据和仿真结果进行对比分析以验证数值模拟的准确性。验证结果表明,仿真模型具有良好的精确度。利用经过验证的模型,研究风嘴形状、风嘴到玻璃距离、风嘴密度等因素对淬冷系统流场的影响,得到锥形风嘴可改善玻璃表面流场横向分布均匀性等结论。