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浮法熔窑内整体液流特征与局部扰动机制的仿真分析研究

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 熔窑内玻璃液流的仿真技术

1.3 工程仿真方法

1.4 国内外对玻璃液流数值模拟的研究现状

1.5 研究的思路和可行性

1.6 研究的主要内容、意义及创新点

1.7 本章小结

第2章 研究内容及仿真相关理论基础

2.1 仿真过程思路

2.2 主要研究内容与方法

2.3 试样的来源

2.4 YTF-2015T型浮法玻璃条纹图像分析仪

2.5 仿真相关理论基础介绍

2.6 湍流模型的选取

2.7 本章小结

第3章 浮法熔窑内玻璃液正常模型与细化模型的工程仿真对比研究

3.1 数值模型的建立

3.2 边界条件

3.3 熔窑内玻璃液的性能参数

3.4 模型假设与网格划分

3.5 加载求解

3.6 细化模型

3.7 正常模型的仿真结果同细化模型结果的比较

3.8 本章小结

第4章 熔窑工作部底部玻璃液热不均匀现象的工程仿真

4.1 细化模型条件的设定

4.2 仿真结果与讨论

4.3 本章小结

第5章 原料中不同Fe含量影响玻璃液均化的工程仿真分析及其验证性研究

5.1 引言

5.2 理论计算

5.3 工程仿真

5.4 整体流动趋势分析及验证性实验研究

5.5 本章小结

第6章 熔窑中玻璃液流与条纹图像的对应关系

6.1 引言

6.2 熔窑内整体液流流动趋势特征分析

6.3 液流不同质点流动过程的研究

6.4 成形流整体分布趋势总结

6.5 成形流玻璃液均匀性分析与验证

6.6 本章小结

结论

参考文献

攻读博士期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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摘要

目前,在解决大型池窑玻璃熔化过程稳定性的问题中,由于玻璃液在高温状态下的高粘度、低流速和池窑形状及其辅助设施的特殊性,使得玻璃液在熔窑内的流动特征分析,采用常规的方法难以实现,还有很多尚未清晰的科学问题需要探讨。
  本论文以此为背景,采用工程仿真的方式,以熔窑内熔融玻璃液作为研究对象,分别对工作部底部热温差带来的扰动,以及玻璃原料中Fe的含量变化带来的不同流层分布进行了系统研究,并以条纹图像作为验证手段。在此基础上,通过对窑内液流流动趋势的分析,给出了熔窑中玻璃液与条纹图像不同位置的对应关系。
  文章采用ANSYS14.5软件中的Fluent模块进行浮法熔窑内玻璃液流动状态的工程仿真;采用通用后处理CFD-Post进行结果的提取和计算;采用YTF-2015T型浮法玻璃条纹图像分析仪来采集端面条纹图像,对仿真结果加以对比和验证。
  研究结果表明,当熔窑工作部底部两侧存在温差时,将会影响熔窑内主体液流的分配。通过计算发现工作部底部两侧温差存在临界值,当温差大于该临界值,玻璃液产生横向流动,均匀性严重变差,即发生了热不均匀现象;当玻璃原料中的Fe含量增大时,玻璃液在熔窑中的热透性随之降低,导致表层液流温度较高而底层液流温度较低,表流速增大,成形流的厚度变浅;对一条玻璃生产线原料中Fe元素含量发生变化过程的验证性研究表明,随着原料中Fe含量增大,搅拌速度应适当增大,搅拌深度减小,以保证玻璃液的均匀性。运用粒子追踪的方式,对正常情况下窑内整体液流的流动趋势进行了分析,建立了熔窑内玻璃液流动状态与条纹图像的对应关系,分析了流出熔窑的玻璃液均匀性分布特征,该分布特征与条纹图像特征相一致。
  本项研究应用已经在实际玻璃生产过程质量问题的诊断和消除中得到了验证,为玻璃液在熔窑内的流动中保持稳定均化、生产出优质玻璃产品提供了科学依据。

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