燃天然气横焰玻璃熔窑火焰燃烧及玻璃液流动的三维CFD耦合分析

本文在全面考虑火焰空间的燃烧与玻璃液传热、流动的耦合的基础上,建立了燃天然气横焰玻璃熔窑火焰空间和玻璃液传热、流动过程的三维数学模型.然后以某燃天然气连通式横焰玻璃熔窑为对象,利用商用CFD软件进行了火焰燃烧和玻璃液传热、流动的耦合数值模拟,研究了该熔窖燃烧空间内气体流动和温度梯度分布以及熔池内玻璃液的流动和温度梯度分布,为提高玻璃窑炉的运行与设计水平提供理论依据,从而指导实际生产和玻璃熔窖设计.     

CFD软件用于玻璃纤维窑炉数值模拟的研究

介绍了玻璃纤维窑炉空气助燃火焰空间三维数学模型的建立,其中气相流动模型由标准k-ε湍流模型组成,化学反应模型使用有限速率/涡耗散模型,辐射传热模型使用离散坐标模型。以某玻纤厂年产2,万,t玻璃纤维的熔窑为研究对象,用CFD软件模拟燃烧空间内气体的流动、温度分布和压力分布状况。通过模拟结果与现场实测数据进行比较,该数学模型能够比较客观地反映单元玻璃窑炉富氧燃烧空间的温度场、速度场和压力场的分布规律。     

单元玻璃窑炉富氧燃烧空间的数值模拟研究

本文建立了单元玻璃窑炉富氧燃烧空间三维数学模型,其中气相流动模型由质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律和标准k-ε湍流模型组成,化学反应模型使用有限速率/涡耗散模型,辐射传热模型使用离散坐标模型.以年产2万吨玻璃纤维的熔窑为对象,利用Fluent软件对富氧燃烧空间内气体的流动状况和温度分布进行数值模拟.通过模拟结果与现场实测数据进行比较可以看出,该数学模型能够比较客观地反映单元玻璃窑炉富氧燃烧空间的温度场和速度场的分布规律.在此基础上,对喷枪的布置加以调整和改进后得到了更佳的模拟效果,还说明该数学模型对窑炉富氧燃烧在生产过程的研究和应用也有一定的指导作用.     

E-玻璃窑炉纯氧燃烧火焰空间的数值模拟研究

阐述了国内外玻璃池窑数值模拟研究方法的发展。建立了具有实用意义的E-玻璃纤维窑炉纯氧燃烧火焰空间的三维数学模型,求解出玻璃熔窑火焰空间温度场、速度场分布,并与实际窑炉运行数据进行对比分析。模拟结果与实际运行数据基本吻合,表明模拟结果有效。     

纯氧燃烧玄武岩纤维池窑流动特性的数值模拟研究

针对1.3 t/d玄武岩池窑进行数值模拟,建立纯氧燃烧池窑火焰空间和玄武岩玻璃液流动空间的三维数学模型,利用fluent软件对池窑窑炉系统及通路系统进行数值模拟,获取池窑内部空间的速度场及温度场。通过与现场实测数据进行对比分析,最大偏差小于8%,说明该数学模型能够比较客观的反映玄武岩池窑窑炉及通路空间温度场、速度场分布规律,这对了解窑炉工作原理、改善工况以及优化窑炉设计都具有一定指导意义。     

全氧燃烧玻璃纤维窑炉火焰空间的数值模拟

以研究和优化玻璃纤维窑炉的燃烧制度和火焰空间喷枪排列为目的,借助CFD软件FLUENT,建立了全氧燃烧玻璃纤维窑炉火焰空间的三维数学模型,针对现有燃烧制度的不足,利用模拟的方式进行改进。结果表明,碹顶处模拟值与实测值的平均相对偏差为8．70％,玻璃液面处模拟值与实测值的平均相对偏差为2．32％;第3、4对喷枪处气流分布不均匀,导致对应的碹顶处热负荷较高;改进后的火焰空间可以在保持温度场分布合理的情况下,有效的降低碹顶的热负荷,改善火焰空间的气流场分布。     

顶烧/侧烧燃烧方式对全氧燃烧玻纤窑炉温度场流场影响的数值模拟研究

为优化全氧玻纤窑炉燃烧系统,提高窑炉传热效率,本文采用数值模拟方法探究了全氧燃烧玻纤窑炉顶烧与侧烧两种燃烧方式对燃烧空间温度场、烟气流场、玻璃液温度场和传热效率的影响。结果表明：顶烧窑炉火焰聚集,燃烧空间温度差异明显,侧烧窑炉火焰在窑长方向上均匀分布,燃烧空间整体温度高于顶烧窑炉;侧烧方式对大碹和胸墙耐火材料高温侵蚀程度更高的可能性更大;侧烧窑炉高温烟气在燃烧空间中停留时间延长有利于烟气与燃烧空间内气流和耐火材料进行热交换,统计得到侧烧窑炉出口烟气平均温度更低;侧烧窑炉玻璃液沿窑宽方向上温度分布较均匀,顶烧玻璃液平均温度为1 531℃,高于侧烧玻璃液平均温度1 523℃;顶烧窑炉传热效率为52.3%,侧烧窑炉传热效率为51.9%,顶烧窑炉和侧烧窑炉采用相同天然气供应量、电助熔功率、玻璃液熔化量条件下,顶烧窑炉中喷枪火焰直接作用到玻璃液和配合料层,传热效率更高。     

玻璃窑炉蓄热室的计算机模拟及其应用

在玻璃窑炉中,广泛应用蓄热室来回收烟气带走的热量。本文依据对玻璃窑炉蓄热室内传热和气体流动过程的分析,以热量平衡原理为基础,建立了温度场的数学模型,给出了这一数学模型的主导方程,并进行了计算机数值模拟。在马蹄焰玻璃窑炉蓄热室的操作条件下,实测结果与计算机模拟结果有较好的一致性。计算机模拟结果表明,气体流动的不均匀分布降低了蓄热室的换热效率,特别是烟气和助燃空气的流动分布不匹配时更为如此,这一结论对蓄热室的结构设计具有重要的指导意义。本工作对计算机模拟方法应用于玻璃窑炉的热工研究进行了有益的探索。     

全氧燃烧玻璃熔窑火焰空间的数值模拟

采用基于k-e湍流模型、非预混化学反应模型、DO辐射传热模型的数值模拟方法,研究全氧燃烧玻璃熔窑火焰空间的温度场与流场分布。研究表明:火焰长度约为燃烧空间长度的2/3,其最高温度为2602℃,燃烧空间非火焰区平均温度为1290℃,辐射传热效率高。燃烧空间主要存在3个回流,其中流经火焰上下部空间的高温气体回流有效地与玻璃液面进行对流换热。在辐射与对流换热的综合作用下,玻璃液面上均匀分布5个高温区,玻璃液面平均温度约为1255℃,综合平均温差最大值约为5℃,温度分布非常均匀。烧嘴对面及烟道口附近的墙体温度约为1320℃,热冲侵蚀严重,其它燃烧空间的墙体温度约为1265℃。     

全氧燃烧玻璃窑炉火焰空间的数值模拟

利用CFD软件FLUENT,通过加载k-ε湍流模型、渦耗散反应模型与DO辐射模型,采用数值模拟的方法对一座全氧燃烧玻璃窑炉的火焰空间进行计算,从而获得了实际工况下火焰空间的温度场、速度场及压力场.分析表明,喷枪口的错排有利于火焰空间温度场的均匀分布,适当抬高火焰空间碹顶的高度可以降低烟气对碹顶的冲刷.同时,降低火焰空间水蒸气的浓度,可以有效延长窑炉的使用寿命.     

高碹顶玻璃熔窑全氧燃烧火焰空间的三维数值模拟

以优化玻璃熔窑结构,提高全氧燃烧玻璃熔窑寿命为目的,建立了高碹顶玻璃熔窑全氧燃烧火焰空间中燃烧过程的三维数学模型。从模拟结果可以看出,与普通碹顶全氧燃烧玻璃熔窑相比,高碹顶熔窑改善了窑内气体流动与温度分布,碹顶温度低且分布均匀,窑内烟气环流多、在窑内停留时间长,热效率高,减少了碹顶水蒸气浓度,很好地保护了窑墙和碹顶耐火材料,延长了全氧燃烧玻璃熔窑的使用寿命;有利于促进全氧燃烧技术在玻璃工业上广泛应用。     

Mathematical Modeling of Flow and Heat-Transfer Phenomena in Glass Furnace Channels and Forehearths

A three-dimensional mathematical model was developed to calculate fluid-flow and heat-transfer phenomena in a channel/forehearth system used for delivering glass from the melting end to the forming end of a continuous-glass-fiber furnace. The model allowed for a varying cross section of the delivery system and for the temperature-dependent physical properties of the molten glass. Also, a formulation was presented to calculate heat transfer by radiation at the combustion gas/glass interface. The model was used to investigate the effects of natural convection, throughput, and radiation in the glass on velocity and temperature distribution in a glass delivery system. The results showed that, although the natural convection velocities were much lower than the average velocity due to throughput, the presence of natural convection significantly affected the flow path lines in the system. The results also illustrated the distribution of surface and bottom glass streams entering a channel into different forehearths.     

赛科裂解炉辐射段燃烧的数值模拟及优化

利用计算流体软件,采用合适的数学模型,对赛科（SECCO）裂解炉的两种设计方案进行数值模拟,得到裂解炉炉膛内流体流场、燃料燃烧和烟气温度场等详细信息,揭示了炉膛内烟气流动、燃烧和传热过程的相互影响及特点。模拟结果表明,底部燃烧器的原始设计方案中,热量分布不均,局部高温区,炉膛内温度梯度大;底部燃烧器加侧壁燃烧器的优化方案中,能提供较均匀的热量分布,炉膛内温度梯度小,有利于反应管均匀受热。     

膜式水冷壁结构燃磷塔的开发与传质传热的数值模拟(Ⅰ)模型建立

针对热法磷酸生产中一方面要求外部供热,另一方面又浪费自身燃烧热的现状,提出能回收余热的新工艺,开发成功膜式水冷壁结构新型燃磷塔.建立了考虑新型燃磷塔内流动、燃烧、传热过程的三维数学模型,通过数值模拟得到塔内湍流场、温度场和组分浓度场的分布.模拟结果显示,燃磷塔内存在明显的涡流射流结构,磷的燃烧主要在喷磷枪雾化角范围内,塔内最高燃烧温度约为1790 K,出现在喷磷枪轴线上偏离燃磷塔中心的一侧.烟气出口温度约为970 K,与测量值符合较好.     

全氧燃烧火焰空间烟道口位置变化对窑压和气流场影响的数值模拟

采用基于k-ε湍流模型、涡-耗散化学反应模型、P1辐射传热模型的数值模拟方法,研究了玻璃熔窑在全氧燃烧条件下烟气出口位置对窑内压力场和火焰空间的影响规律。研究结果表明,烟气出口位置的改变造成玻璃熔窑内压力场的变化,随着烟气出口的前移,整体的窑压平均值逐渐下降,尾气温度先升高后降低。     

FLUENT在电光源玻璃熔窑的应用研究

采用FLUENT软件求解2座电光源玻璃熔窑熔池玻璃液的三维温度场,数学模拟结果与实际熔池池底侵蚀程度进行了比较。研究表明:不同的窑炉规模和出料口位置对熔池池底的温度会产生较大的影响,温度越高池底侵蚀越大。利用数学模拟法可优化玻璃熔窑结构设计和操作工艺。