辊道窑烧成带内温度均匀性仿真研究(答辩PPT)

1、卫生洁具辊道窑烧成带温度均匀性仿真研究报 告 人：*指导老师：*专业班级：*2目 录1.陶瓷辊道窑国内外现状2.研究目的及内容3.数学模型的建立4.烧成带基准工况数值模拟5.主要工艺控制参数优化研究6.结论与建议1. 陶瓷辊道窑国内外现状发展现状：我国陶瓷工业历史悠久，但先进的辊道窑技术发展起步较晚。在西方国家普遍采用陶瓷辊道窑烧成技术时国内才开始着手试验研究辊道窑。现在我国虽然已成功建立陶瓷辊道窑生产线，但与西方辊道窑技术相比差距仍然较大。研究现状：国外部分学者从辊道窑的氟化物的排放、窑炉控制系统的选用以及窑内传热多个方面对辊道窑进行了有关研究。国内关于辊道窑的研究较多，研究方向主要集中在辊

2、道窑基础传热、温度均匀性等方面。对于燃料入口速度和空燃比对辊道窑烧成带内温度场的影响方面，目前国内外的研究资料较少。4 2. 研究目的及内容研究目的：针对陶瓷制品在烧成过程中存在温度分布不均匀的问题进行数值模拟研究，并对燃料入口速度、空燃比等主要工艺控制参数进行优化。 研究内容：对实际生产工况进行数值模拟，研究烧成带燃料入口速度、空燃比这两个工艺控制参数对辊道窑烧成带内温度场均匀性的影响。 3. 3. 数学模型的建立数学模型的建立陶瓷制品在辊道窑烧成带中的烧制过程十分复杂，采用现场实测手段研究较为困难。采用FLUENT数值模拟软件对辊道窑烧成内的温度场和流场变化情况进行研究是目前该研究领域的常

3、用手段。图4-1 烧成带结构尺寸图 3. 3. 数学模型的建立数学模型的建立本研究对陶瓷辊道窑进行了一定的简化与假设，建立了辊道窑烧成带的物理模型以及数学模型，分析了该模型的解析域，并对解析域进行了适当的网格划分，其中网格数228096，网格最差扭曲度为0.6，网格质量良好。图4-2 网格划分实图7 3. 3. 数学模型的建立数学模型的建立辊道窑烧成带实际工况的数值模拟使用的数学模型包含湍流模型、通用有限速率燃烧模型、P-1辐射传热模型，控制方程的离散化为一阶迎风格式，算法为SIMPLE算法。84. 烧成带基准工况数值模拟（1）本研究首先通过实际生产时的控制参数确定边界条件，如表4-1所示。表

4、4-1 炉膛进、出口边界条件属性天然气入口空气入口炉膛出口速度流量（m/s）4.31.34/温度（K）300300/压力（Pa）15001500-3湍流强度（%）555水力直径（m）0.0140.0481.24. 烧成带基准工况数值模拟图4-1 烧嘴中心X-Y截面速度矢量图（a）和温度等值线图（b）（a）（b）（2）模型经验证可靠后，对炉膛工况进行仿真计算。选取几个利于观测的截面如图4-1至4-3.4. 烧成带基准工况数值模拟（2）模型经验证可靠后，对炉膛工况进行仿真计算。选取几个利于观测的截面如图4-1至4-3.图4-2 烧嘴中心X=0.25mm截面速度矢量图（a，c）和温度等值线图（b，d

5、）（a）（d）（b）（c）4.烧成带基准工况数值模拟图4-3 Y=0截面速度矢量图（a）和温度等值线图（b）（a）（b）（2）模型经验证可靠后，对炉膛工况进行仿真计算。选取几个利于观测的截面如图4-1至4-3.4. 烧成带基准工况数值模拟（2）对计算结果进行分析，得出以下结论：1.)1.)烧嘴天然气射流烧嘴天然气射流火火焰最大速度为焰最大速度为10m/s10m/s, ,火焰火焰长度在长度在300mm-300mm-500mm500mm之间；喷嘴的之间；喷嘴的射射流流火焰受主流烟气的火焰受主流烟气的影响产生不同程度的影响产生不同程度的偏移偏移形成形成微小的微小的流体流体循环循环，该循环，该循环对加

6、强对加强制品换热有益制品换热有益；烟气；烟气在窑内的流动时间较在窑内的流动时间较长，窑内温度场均匀长，窑内温度场均匀性效果好。性效果好。2.)2.)火焰附近温度火焰附近温度分布处于分布处于1500K-1500K-1800K1800K之间之间，辊道，辊道窑炉膛内除烟气出窑炉膛内除烟气出口附近的温度分布口附近的温度分布受回流影响呈现梯受回流影响呈现梯度分布外，度分布外，其余区其余区域的气流温度一般域的气流温度一般在在1200K-1400K1200K-1400K之之间间。4. 烧成带基准工况数值模拟（3）再对卫生洁具进行仿真计算，得出两个卫生洁具的表面平均温度如表4-1.123456洁具111791

7、2011195120411911210洁具2118511971191119912041210表4-1 卫生洁具表面平均温度4. 烧成带基准工况数值模拟（3）用过热温度、过冷温度和温度离散系数对计算结果进行分析得出以下结论：1.1.）在基准工况下，该辊道窑对陶瓷制品的烧）在基准工况下，该辊道窑对陶瓷制品的烧制效果比较好。制效果比较好。2.)2.)由于受到回流的影响，陶瓷制品贰的温度由于受到回流的影响，陶瓷制品贰的温度均匀性要略好于陶瓷制品壹。均匀性要略好于陶瓷制品壹。，；，。5. 5. 主要工艺控制参数优化研究主要工艺控制参数优化研究本研究主要对燃料入口速度和空燃比进行优化。以卫生洁具1为例，通

8、过计算得到燃料入口速度和离散系数变化规律如表5-1所示。表表5-1 5-1 燃料入口速度和离散系数变化规律表燃料入口速度和离散系数变化规律表燃料入口速度（m/s）空气入口速度（m/s）（燃料/空气）速度比制品温度离散系数3.51.093.21.3210-13.81.193.25.7110-24.01.253.22.2710-34.31.343.28.3410-34.51.413.23.1310-44.81.53.24.0310-25.01.563.23.6110-25. 5. 主要工艺控制参数优化研究主要工艺控制参数优化研究得到空燃比和离散系数变化规律如表5-2所示。表表5-2 5-2 空燃比

9、和离散系数速度变化规律表空燃比和离散系数速度变化规律表燃料入口速度（m/s）空气入口速度（m/s）（燃料/空气）速度比制品温度离散系数4.31.203.582.3210-24.31.253.449.7710-34.31.303.311.5310-34.31.343.213.1310-44.31.403.072.7710-24.31.452.977.5210-24.31.502.874.8310-1 5. 5. 主要工艺控制参数优化研究主要工艺控制参数优化研究由表5-1和表5-2可以得出结论：1.）天然气以然气以4.5m/s4.5m/s的速度喷入炉窑内，可使烧成带的速度喷入炉窑内，可使烧成带内温

10、度分布均匀性处于实验模拟条件下最佳状态。内温度分布均匀性处于实验模拟条件下最佳状态。2.）天然气、空气入口速度比值（即空燃比）设定为天然气、空气入口速度比值（即空燃比）设定为3.213.21时，烧成带内温度场均匀性达到实验模拟条件时，烧成带内温度场均匀性达到实验模拟条件下的最佳状态。下的最佳状态。6. 6. 结论与建议结论与建议（1）基准工况下，该辊道窑对陶瓷制品的烧制效果比基准工况下，该辊道窑对陶瓷制品的烧制效果比较好，窑内较好，窑内温度场均匀性效果较好温度场均匀性效果较好。结论（2）由于受到回流的影响，由于受到回流的影响，陶瓷制品陶瓷制品2 2的温度均匀性要的温度均匀性要略好于陶瓷制品略好于陶瓷制品1 1。（3）针对燃料入口速度和空燃比两个控制工艺参数进行针对燃料入口速度和空燃比两个控制工艺参数进行优化，发现天然气优化，发现天然气以以4.5m/s4.5m/s的速度的速度喷入炉窑内，可使烧喷入炉窑内，可使烧成带内温度分布均匀性处于实验模拟条件下最佳状态。成带内温度分布均匀性处于实验模拟条件下最佳状态。天然气、空气入口速度比值（即空燃比）设定为天然气、空气入口速度比值（即空燃比）设定为3.213.21时，时，烧成带内温度场均匀性达到实验模拟条件下的最佳状态。烧成带内温度场均匀性达到实