【正文】 藝必須通過窯爐實現(xiàn)。主要用于陶瓷磚、日用陶瓷、衛(wèi)生潔具等陶瓷制品的生產(chǎn)。 rA fzu lp u rk a iti n 等在控制系統(tǒng)選用方面對神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)兩種控制方式進行了比較研究，認為神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)在輥 道窯溫度控制上全面優(yōu)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)，但該研究的不足在于研究成果并未經(jīng)實際生產(chǎn)檢驗 [4]。輥道窯采用 輥棒傳動來進行連續(xù)式生產(chǎn)，沒有使用窯車、匣缽，與傳統(tǒng)隧道窯相比，減少了因窯車運動所帶走的一部分熱量而產(chǎn)生的熱能損失，從而提升了熱效率；并且由于沒有使用窯車，輥棒上下均可加熱，窯內(nèi)溫差較隧道窯、梭式窯小，溫度分布更加均勻，在很大程度上減小了產(chǎn)品的燒成周期，為實現(xiàn)窯爐高效節(jié)能環(huán)保奠定了基本條件。 考慮到該衛(wèi)生潔具輥道窯工作溫度并非很高，采用和窯墻同樣的材料也能滿足要求，故本著節(jié)約簡便的原則，該型輥道窯窯頂最里層使用 250mm 厚的高溫聚輕莫來石質(zhì)絕熱磚，中間使用 140mm 厚耐火纖維，最外層包裹含鋯針刺保溫氈、高鋁針刺保溫氈及硅酸鋁纖維保溫毯 (板 )等保溫層。爐窯運行時有時候會出現(xiàn)輥棒折斷，制品掉落甚至發(fā)生倒窯事故。 簡化與假設 為便于幾何模型的建立，合理利用計算資源，對輥道窯窯體的建立以及計算進行了適當?shù)暮喕c假設，具體如下： （ 1）陶瓷制品在輥棒間的傳動是一個動態(tài)的過程，但由于設備配置無法滿 足過高要求，對燒成帶內(nèi)的溫度場變化過程進行動態(tài)仿真較為困難，故在建模時忽略了輥棒，且只選取兩個特定的衛(wèi)生潔具來分析其各個表面的溫度分布特點。 （ 2）能量守恒方程 能量守恒定 律是熱力學第一定律在流體力學中的具體表現(xiàn) ,即控制體中凈熱流率與體積力、表面力對體系作功功率之和等于流體內(nèi)能量的增加率。 1?P 模型主要適合于大尺度的輻射計算，其主要思想是把輻射強度展開為正交；離散坐標 DO 模型是從有限個立體角發(fā)出的傳播方程出發(fā)進行求解，每個立體角對應著坐標系下的固定的方向角，該模型把方程轉化為空間坐 衛(wèi)生潔具輥道窯燒成帶溫度均勻性仿真研究 第 12 頁 共 34 頁 標系下的輻射強度的輸運方程 [14]。其中坯體、爐窯壁面、爐膛和出煙口使用結構化六面體進行網(wǎng)格劃分；燒嘴比較特殊，由于其結構為圓柱體，先將其進行適當?shù)那蟹?，然后再使用結構化網(wǎng)絡化分。 衛(wèi)生潔具輥道窯燒成帶溫度均勻性仿真研究 第 15 頁 共 34 頁 第 4 章 輥道窯燒成帶基準工況數(shù)值模擬 輥道窯燒成帶內(nèi)溫度比較高 ,一般在 1200K 以上，一般測量方法很難得到 整個爐窯內(nèi)的物理特性分布情況。 窯壁墻面發(fā)射率設置為： ?? 。 根據(jù)表 43可知，兩點溫度的模擬值與實測值相對誤差都小于 5%，模型驗證可行， 衛(wèi)生潔具輥道窯燒成帶溫度均勻性仿真研究 第 18 頁 共 34 頁 認為模型可靠。 從圖 43 可以看出，爐窯中心的流體速度基本穩(wěn)定在 ，只有少部分區(qū)域的流體流速由于受到燒嘴噴出的射流影響而出現(xiàn)較小的提高。 溫度離散系數(shù) vc 的計算公式為： Tcv ?? （ 44） 公式（ 44）中的 ? 是溫度的標準差，計算公式為： 21 )(1 TTN Ni i ?? ??? （ 45） 公式（ 45）中， N 是交叉直線上選取的節(jié)點的個數(shù)。 表 44 陶瓷制品（壹）各測溫點溫度值（單位： K） 測溫點 溫度 測溫點 溫度 測溫點 溫度 測溫點 溫度 測溫點 溫度 測溫點 溫度 1壹P 1 1178 2壹P 1 1208 3壹P 1 1211 4壹P 1 1204 5壹P 1 1207 6壹P 1 1206 1壹P 2 1172 2壹P 2 1214 3壹P 2 1207 4壹P 2 1202 5壹P 2 1202 6壹P 2 1211 1壹P 3 1165 2壹P 3 1211 3壹P 3 1204 4壹P 3 1207 5壹P 3 1198 6壹P 3 1214 1壹P 4 1171 2壹P 4 1206 3壹P 4 1199 4壹P 4 1199 5壹P 4 1195 6壹P 4 1211 1壹P 5 1181 2壹P 5 1196 3壹P 5 1192 4壹P 5 1208 5壹P 5 1188 6壹P 5 1209 1壹P 6 1184 2壹P 6 1192 3壹P 6 1188 4壹P 6 1202 5壹P 6 1183 6壹P 6 1207 1壹P 7 1189 2壹P 7 1188 3壹P 7 1185 4壹P 7 1202 5壹P 7 1181 6壹P 7 1203 1壹P 8 1196 2壹P 8 1185 3壹P 8 1181 4壹P 8 1206 5壹P 8 1177 6壹P 8 1208 1壹P 9 1179 2壹P 9 1201 3壹P 9 1196 4壹P 9 1204 5壹P 9 1189 6壹P 9 1211 1壹P 10 1177 2壹P 10 1208 3壹P 10 1210 4壹P 10 1203 5壹P 10 1205 6壹P 10 1212 1壹P 11 1173 2壹P 11 1216 3壹P 11 1206 4壹P 11 1205 5壹P 11 1200 6壹P 11 1207 1壹P 12 1165 2壹P 12 1212 3壹P 12 1202 4壹P 12 1206 5壹P 12 1199 6壹P 12 1213 1壹P 13 1170 2壹P 13 1205 3壹P 13 1197 4壹P 13 1198 5壹P 13 1196 6壹P 13 1216 1壹P 14 1179 2壹P 14 1217 3壹P 14 1190 4壹P 14 1211 5壹P 14 1191 6壹P 14 1215 1壹P 15 1183 2壹P 15 1193 3壹P 15 1185 4壹P 15 1209 5壹P 15 1185 6壹P 15 1211 1壹P 16 1187 2壹P 16 1187 3壹P 16 1182 4壹P 16 1203 5壹P 16 1179 6壹P 16 1212 1壹P 17 1193 2壹P 17 1183 3壹P 17 1178 4壹P 17 1206 5壹P 17 1174 6壹P 17 1209 平均值 1179 1201 1195 1204 1191 1210 在基礎工況和初始燃料入口速度和空燃比條件下，測得的陶瓷制品壹、貳的外表面最高溫度分別 為 1216K 和 1214K，最低溫度分別為 1165K 和 1175K；且兩個陶瓷制品的后表面 ）以及 39。所以位于左側的陶瓷制品貳的溫度均勻性要略好于右側的陶瓷制品壹的溫度均勻性。 輥道窯燒成帶空燃比因素優(yōu)化研究 在研究空燃比因素影響時，應該同樣將燃料入口速度設置為一個定值。 由于本課題需要同時研究燃料入口速度和空燃比對燒成帶溫度均勻性的影響，而這兩個因素會相互影響，且兩者同時影響燒成帶的溫 度均勻性，所以應當固定其中一個因素，改變另一個因素的數(shù)值來分別研究其影響效果。陶瓷制品壹上表面 3 的平均溫度為 1195K，下表面 4 的平均溫度為 1204K，平均溫差為 9K；陶瓷制品貳上表面 39。 陶瓷制品外表面溫度分布 首先設定兩個陶瓷制品分別為制品壹、制品貳，然后分別命名兩個坯體的六個面為面 654321 、 和面 39。從圖上可以看出，燒嘴附近溫度不高，因為燒嘴附近天然氣燃燒不劇烈，而在離開燒嘴一段距離之后，天然氣和空氣已經(jīng)充分混合后進行充分燃燒，此時火焰的溫度最高。這兩股射流都向煙氣出口方向發(fā)生了一些偏移，靠近出口的燒嘴產(chǎn)生的射流最為明顯，原因是煙氣主流改變了射流煙氣的運動方向。煙氣、窯壁與陶瓷制品之間存在輻射換熱，換熱量在總換熱量中占據(jù)很大的比例，所以在進行數(shù)值模擬時必須考慮。設置網(wǎng)格邊界條件時必須以實際控制參數(shù)為標準，并且網(wǎng)格邊界條件和數(shù)學模型邊界條件必須一樣。 本研究采用的插值法為迎 風格式。陶瓷制品在爐窯內(nèi)燒制的過程中伴隨有導熱、對流換熱和輻射換熱：陶瓷制品內(nèi)部傳熱為導熱傳熱；陶瓷制品與煙氣之間 同時存在對流換熱和輻射換熱，陶瓷制品與爐窯壁面之間也有輻射換熱；爐窯壁面與煙氣之間有對流換熱與輻射換熱。 Realizable εk? 湍流模型的 k 和 ? 的輸運方程分別如下 : 衛(wèi)生潔具輥道窯燒成帶溫度均勻性仿真研究 第 11 頁 共 34 頁 ?????? ???????????? jjkTjjj Gxkxx kutk )( （ 34） )()( 21 ?????????? ???CGCkxxxut jjTjjj ???????????? （ 35） 相關模型常數(shù)如表 31所示。 物理模型 本研究選取衛(wèi)生潔具輥道窯燒成帶的一節(jié)作為研究對象，輥道窯燒成帶結構尺寸如圖 31 所示。在一般工況下，膨脹縫間隙里面充以耐火纖維棉，防止爐窯漏風，相當于窯墻的一部分。 （ 4）輥棒 實踐證明衛(wèi)生潔具陶瓷輥道窯中的輥棒的材質(zhì)和數(shù)量以及其運動對溫度場的影響非常小。 （ 2）研究基準工況下燒成帶燃料入口速度、空燃比這兩個工藝控制參數(shù)對輥道窯燒成帶內(nèi)溫度場均勻性的影響。林依翰、胡國林等人對輥道窯的窯內(nèi)空間傳熱進行了計算機模擬，得出輥道窯內(nèi)煙氣中的 2CO 和 OH2 的黑度的經(jīng)驗公式以及計算輥道窯內(nèi)煙氣對制品傳熱系數(shù)的經(jīng)驗公式 [7]。本文主要研究連續(xù)式窯爐中的輥道窯，其在國內(nèi)外的發(fā)展歷程如下： 輥道窯在 20世紀 20 年代最先被應用在冶金工業(yè)， 30 年代后才逐漸應用到陶瓷制品的燒制工藝。 本科畢業(yè)設計 (論文 ) GRADUATION DESIGN(THESIS) 題 目： 衛(wèi)生潔具輥道窯燒成帶 溫度均勻性仿真研究 學生姓名： *** 指導教師： *** 學 院： *** 專業(yè)班級： *** 本科生院制 2021年 6月 衛(wèi)生潔具輥道窯燒成帶溫度均勻性仿真研究 衛(wèi)生潔具輥道窯燒成帶溫度均勻性仿真研究 摘要 本文以 44m 衛(wèi)生潔具輥道窯燒成帶為研究對象，針對陶瓷制品在燒成過程中存在溫度分布不均勻的問題進行了數(shù)值模擬研究，并對 燃料入口速度、 空燃比等主要工藝控制參數(shù)進行了優(yōu)化，主要研究內(nèi)容及結論 如下： （ 1） 建立了輥道窯燒成帶物理模型和數(shù)學模型，其中湍流流動采用 realizable εk? 湍流模型，燃料燃燒采用有限速率燃燒模型、輻射采用 1?P 輻射模型，算法采用SIMPLE 算法，控制方程的離散化采用一階迎風格式。這些不同歷史時期的窯在外形和燒制過程雖然各不 相同，但從陶瓷窯爐的操作方法上卻可以分為連續(xù)式和間歇式兩大類。胡國林、張維江等人研究了不同燒成曲線、保溫時間及改變瓷質(zhì)磚的物性參數(shù)等因素對瓷質(zhì)磚內(nèi)部溫差的影響，得出瓷質(zhì)磚由于厚度有限，在燒成過程中沿厚度方向溫差較小適合快燒，瓷質(zhì)磚表面和中心的最大溫差都出現(xiàn)在升 衛(wèi)生潔具輥道窯燒成帶溫度均勻性仿真研究 第 3 頁 共 34 頁 降溫速率最快的區(qū)段 [6]。主要研究內(nèi)容如下： （ 1）建立輥道窯燒成帶燃燒數(shù)學模型，對實際生產(chǎn)工況進行數(shù)值模擬，以了解窯內(nèi)溫度場和流場情況。最終得到窯底總厚度為 335mm。 膨脹縫 :窯體的四個面都要留有膨脹縫，膨脹縫用于緩沖耐火材料在溫度變化下的膨脹和收縮。 （ 6）由于不同陶瓷衛(wèi)生潔具形狀各異，本研究在建模時將其簡化為兩個并排的mm540420540 ?? 的立方體。本研究使用 Realizable εk? 雙方程模型對陶瓷制品燒制過程中爐窯中的氣體流動進行模擬。 解析域分析 解析域就是模型的計算區(qū)域，進行模型的數(shù)值模擬計算，第一步要分析其解析域。 在常用的離散化方法中，有限體積法由于其較高的計算效率，近年來被廣泛應用于CFD 領域，其關鍵在于如何將控制體積界面上的物理量及其導數(shù)通過離散點物理量插值求出，插值的方式主要有中心差分格式、迎風格式和混合格式等 [16]。本研究中邊 界條件有兩種，分別為窯壁邊界條件和煙氣邊界條件。 衛(wèi)生潔具輥道窯燒成帶溫度均勻性仿真研究 第 17 頁 共 34 頁 由燒嘴磚噴出的高溫氣流溫度超過 1500K，輥道窯內(nèi)流場的平均溫度也在 1200K 以上。 (m/s)矢量圖 圖 43 Y=0中心截面速度 (m/s)矢量圖 分析圖 41，天然氣和空氣從燒嘴噴入爐膛，快速混合后點火燃燒， 氣流速度急劇增加，在爐膛內(nèi)產(chǎn)生了兩股射流。由于天然氣不能在有限空間的燒嘴中充分燃燒，反應產(chǎn)生的熱量使混合氣體迅速膨脹，由于入口壓力影響以及自身的體積膨脹，混合氣體以遠高于燒嘴入口的速度噴入爐膛內(nèi)形成射流，同時發(fā)生劇烈的燃燒反應產(chǎn)生