玻璃卡车池窑料道着色模拟计算

玻璃卡车池窑料道着色模拟计算

1试验与研究1.1几何相似的条件要完全满足模型试验的要求，就很难满足模型试验所遵循的条件。有些现象有几个定性标准。可以先考虑整个范围内的决定性因素，然后确保次要地位的因素是相似的或忽视的。这样,不仅可使模型研究能够进行,而且又不至于引起较大的偏差。根据相似理论,模型与实际设备几何相似的条件为:式中:L、L′——实际设备和模型的特征尺寸在考虑近似模拟的前提下,保证模型与原型之间的雷诺准数Re,傅鲁得准数Fr,伽利略准数Ga及葛拉晓夫准数Gr相等,就可实现两者间的动力学相似。因Ga、Fr和Re之间存在一定的函数关系,即Ga=Fr·Re2,所以这三个准数中保证两个准数各自相等就可以满足另一个准数间的相等。由Ga准数相等可得:式中:ν、ν′——玻璃液与模拟液的运动粘度,m2/sω、ω′——玻璃液与模拟液的流速,m/s对于旋转的模拟搅拌器来说(3)式可变换为:式中:n、n′—实际与模型搅拌器的转数根据Ga准数相等又可得:式中:β—流体的体积膨胀系数,℃-1Δt—温度差,℃根据(2)式,并在已确定几何相似比S的条件下,选择适当粘度的模拟液。搅拌器转数应满足(4)式。由(3)式可确定模型中流体的流速。在确定模拟温度范围时应满足(5)式的要求。1.2试验模型的建立本试验研究对象是某玻璃厂年产100万平方米玻璃马赛克生产线。该池窑为双碹直焰池窑,熔化能力为7.5t/d。本试验就是在此窑的基础上,加长料道,并加一定的机械搅拌进行辅助均化,并在料道上进行料道着色研究。试验模型按原型料道宽、深的1/8设计。原型料道长度加长至4.5米,模型料道长按1/8比例设计。该熔窑及模型料道的基本尺寸见表1。本试验在料道宽度、深度和出料量参数遵循原型外,其它参数是根据有关资料自行设计的,表2为模型的其它参数。1.3模型模拟液tlg曲线试验选择了以甘油加葡萄糖为模拟液,分别将葡萄糖试剂与工业甘油按20%、25%、30%、35%和40%制成模拟液。将不同比例的模拟液的运动粘度(取常用对数)与温度作图,同时也将玻璃液的运动粘度(取常用对数)与温度作图,见图1。同时玻璃液粘度应按(2)式折算,从图1中清楚可见,含40%葡萄糖的甘油模拟液t~lgη曲线与熔融玻璃液的t~lgη曲线最相一致。所以40%的模拟液完全满足试验要求,可实现模型与原型间的动力学相似。1.4色料的振动试验试验装置见图2。为了准确获得模型内温度场、速度场和均匀度,设计了四种试验方案。由于搅拌器旋转时可能是将色料向上搅动(称提),也可能是将色料向下搅动(称压)。同时多个搅拌器搭配时,旋转的方向又会影响模型内温度场、速度场及出料的均匀性,因此四种试验方案在实际搭配中将有许多方案。为此试验中选定了有代表性的方案进行研究。温度场用温度指示仪测量;速度场用示踪剂测量;均匀度用测量电导率来间接测量。因为本试验所用的模拟色料不仅具有鲜明的颜色,同时又是良好的电解质。2热源与料道的速度分布加入一个搅拌器,从横向温度分布上看,一侧温度比另一侧温度高,这种现象在搅拌器附近表现得更加明显。原因是搅拌器旋转时,它推动一侧流体向前流动,带走的是热源处的高温流体,因此,这一侧温度必然高。而另一侧的流体被搅拌器向相反方向推动,因此使这一侧的流速减慢,因此,这一侧温度必然要比另一侧低。加入两个搅拌器纵向排列,并同向旋转,会加剧横向温度分布的不均匀性;而两搅拌器转向相反时,可以补偿一个搅拌器所造成的横向温度的不均匀性。加入三个搅拌器情况下,只要前两个搅拌器反向旋转,后一个搅拌器对横向温度的分布影响不大。原因是从热源处流过来的流体经过前两个搅拌器的搅拌,同时向外界散热,使得到达第三个搅拌器的流体相对热源处的流体的温度要低,而且温度分布也均匀。从料道纵向温度分布看,从无搅拌器到加入一个搅拌器,直至加入三个搅拌器,热源至出料口方向的温度下降越来越缓慢。原因是加入搅拌器之后,热源处的高温流体很快到达搅拌区域。随着热源处高温流体向较低温度的搅拌区域流动,势必造成热点温度的下降,而热点要维持所控制的温度,就要加大对流体的加热量,这种情况有利于色料的熔化和均化。在热源与料道入口之间的速度分布呈现出“S”型,表明有回流的存在。上层流体从热源处向料道入口处流动,下层流体从料道入口向热源流动。由于这一流动的特点,在实际运用料道着色这一技术时,就应采取相应的措施,防止色料向熔化池的流动。造成这种现象的原因是由于热源的存在,形成了热点,所以有回流现象。在热源与搅拌器之间的速度分布亦呈“S”型,表明也有回流现象的存在。这一回流现象影响范围仅到达第一个搅拌器附近,并未影响到出料端。在热源至搅拌器之间的回流现象有利于色料的熔化和均化。3池窑料道脱色由于料道中热源的存在,形成了热点,使得在料道入口与热点之间表面层有回流的存在,易使加入的色料回流到熔化池中而污染熔化池。所以色料加入的合理位置应在热点与搅拌器之间,并靠近热点处。在搅拌器数目相同的条件下,以纵排时均化效果更好。设计搅拌器转向时,要使相邻的搅拌器转向相反,以平衡两侧流速差所造成的温差。当设计有三个搅拌器并合理搭配时,池窑料道着色效果最佳。料道着色工艺,应用于大批量多种颜色玻璃马赛克生产,将具有很多的优点。在一个大型的池窑内,统一熔制基础玻璃,然后分别在各料道上着色、成型。采用这种工艺,一座池窑,可同时生产各种颜色的玻璃马赛克,由于一座大窑取代了多座小窑,不仅提高了窑炉的热效率,而且降低了单位产品的燃料消耗。还由于统一了基础玻璃的配方,无须制备各种不同颜色产品的配合料,减轻了原料加工工序的负担;再者,在料道着色工艺中产品的颜色不是由配合料在熔制过程形成,而是在基础玻璃形成后在料道中加入着色剂而着色,着色剂将不受熔制高温及窑内气氛的影响,所以比传统工艺容易形成色彩鲜艳的制品,并且色料挥发大大减少。不但降低了产品成本,同时也大大降低了因挥发有害气体对环境的污染。70年代芬兰、日本相继使用料道着