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论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;也阐述了国内外对玻璃熔窑火焰空间燃烧过程研究方法的发展情况。
模型的选择,在综合全氧浮法熔窑理论和国内外实际作业过程的基础上,建立具有实用意义的燃天然气全氧浮法熔窑火焰空间的三维模型,包括气相流动、燃烧模型和辐射传热模型,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;燃烧使用非预混prepdf燃烧模型;辐射传热使用DO模型。
模型的具体处理,网格划分采用Gambit软件,模型全部划分为结构性网格,网格数量为80万;玻璃液面的处理采取简化的方式,设置玻璃液面为固壁,然后根据玻璃液面温度的线性变化,编写UDF函数,结果表明,通过这种方式可较准确模拟玻璃液面的温度场变化;数值计算程序采用Fluent软件,由于计算时,边界条件对收敛有很大的影响,因此在设置边界条件必须小心谨慎,边界值尽可能与实际情况相符;
模拟结果及分析,模拟结果用Fluent自带的后处理工具和tecplot相结合进行处理。通过对燃天然气全氧浮法玻璃熔窑火焰空间温度场和速度场分布的图像模拟结果可以看出,高温分布合理,有利于玻璃的熔制;喷枪交错排列,有利于在炉宽方向上温度均匀分布。火焰长短合适,在热点区域火焰长而扁平,有利于充分向玻璃液面传热。在进料和出料的位置喷枪火焰较短,可以降低温度,而且节约燃料。从对比实验可知,烟道口位置的变化对熔窑火焰空间的温度场和速度场也有一定的影响。也可以看出,各个模型建立是合理的,可以较真实的反映燃天然气全氧氧浮法熔窑火焰空间的温度场和速度场分布的真实情况,为我国建设日产400t燃天然气浮法全氧玻璃熔窑,提供辅助依据。
同时,结果也有不足和需要改进的地方,需改进的地方,半错排方式导致火焰空间部分区域温度较低,最好采用错排的方式,或者增加氧枪的对数;不足之处,由于国内对玻璃液面研究的较少,在玻璃液面流动方面,以及熔化玻璃时,发生的复杂化学反应,和反应生成碱蒸气对火焰空间的影响都未做考虑,所以模拟结果不能非常准确反映实际情况。