陶瓷辊道窑温度场数值模拟与分析研究

发布时间：2017-05-14 10:10

  本文关键词：陶瓷辊道窑温度场数值模拟与分析研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 目前,陶瓷辊道窑已广泛用于建筑陶瓷、日用陶瓷、卫生陶瓷工业生产中。自70年代在我国推广应用以来,由于辊道窑窑内温度场均匀、传热速率快、效率大、能耗低以及烧成周期短等特点,在我国获得了广泛应用。 在陶瓷工业中,陶瓷成品烧成质量的优劣主要取决于陶瓷窑炉内的温度、气氛、以及压力三大制度,而其中温度制度对陶瓷烧成质量的影响尤为重要。陶瓷窑炉内的温度场分布除受到窑炉本身结构的影响外,还与烧嘴的空燃速比、烧嘴的布设、抽风压力、燃料的属性、以及窑内坯体码放形式等众多因素有关。在实际的生产中,往往由于温度控制不当使得陶瓷成品出现色差、尺差、变形、破裂等缺陷。本文在计算流体力学、传热学、燃烧学等理论的基础上,采用有限体积的离散思想对陶瓷辊道窑的烧成带进行温度场数值模拟与分析研究,其主要内容包括: 一、分析了辊道窑烧成带的结构特点及其主要功能,对辊道窑烧成带的实体结构进行合理的简化;分析了烧成带窑内气流的特征,采用Gambit建立了辊道窑烧成带的几何模型和网格模型;在网格划分过程中,充分考虑了网格梯度的重要性,对窑体以及烧嘴采用了不同网格划分方法,最后得到良好的网格模型。 二、在CFD理论的基础上,根据辊道窑的实际热工特征,建立了辊道窑的三维数学模型,主要包括气体流动可实现性κ-ε标准方程湍流模型、PDF化学反应燃烧模型和DO辐射传热模型;而数学模型的离散主要采用有限体积法思想,利用一阶迎风离散格式得到网格模型内各节点上的离散控制方程组,最后采用SIMPLE算法求解离散控制方程组。 三、结合给定的工况条件,采用计算流体分析软件Fluent计算得出了烧成带的温度场以及流场的云图以及等高线图,重点分析了烧成带的三维截面的温度场分布以及截面温差特征,同时也分析了窑内气体流场对传热的影响。 四、在改变煤气入口速度的情况下,得到了不同空燃速比下烧成带三维截面的温度场分布、流场分布、以及截面温差的特征,分析了空燃速比与烧成带三维截面温度值以及温度差之间的联系,同时也得到了流场最值与空燃速比的关系。
【关键词】：陶瓷辊道窑 计算机流体动力学(CFD) 网格划分 温度场 截面温差
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TQ174.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 课题研究的目的及意义9-10
• 1.2 陶瓷辊道窑的发展状况及其结构与特点10-13
• 1.2.1 陶瓷窑炉的发展状况10-12
• 1.2.2 陶瓷窑炉的结构及其传热特点12-13
• 1.3 工业窑炉数值模拟的发展及其国内外研究状况13-18
• 1.3.1 对辊道窑窑内气体流动、传热研究方法13-15
• 1.3.2 数值模拟技术的发展15-17
• 1.3.3 国内外数值模拟的重要研究成果17-18
• 1.4 CFD及其软件包的概况18-22
• 1.4.1 CFD应用发展概况18-20
• 1.4.2 Fluent软件包简介20-22
• 1.5 课题研究的内容及思路22-25
• 1.5.1 课题研究的内容22-23
• 1.5.2 课题研究的方法23-25
• 第二章 辊道窑的几何模型及其网格划分方法25-35
• 2.1 辊道窑烧成带窑体结构25-28
• 2.1.1 烧成带窑身结构特点26-27
• 2.1.2 烧成带其他附属结构特点27-28
• 2.2 辊道窑几何模型的建立28-30
• 2.3 几何模型的网格划分30-34
• 2.3.1 网格结构固有特性30-31
• 2.3.2 网格质量的标准31-32
• 2.3.3 几何模型网格划分32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 辊道窑空间数学模型及其离散求解方法35-44
• 3.1 数学模型的建立35-40
• 3.1.1 湍流基本模型35-38
• 3.1.2 PDF燃烧反应模型38
• 3.1.3 DO辐射传热模型38-40
• 3.2 数学模型的离散40-42
• 3.3 离散方程的数值算法42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 相关边界条件确定及模型求解控制方法44-50
• 4.1 壁面边界条件44-46
• 4.1.1 标准壁面函数44-46
• 4.1.2 固壁边界条件46
• 4.2 气流边界条件46-47
• 4.3 求解控制47-49
• 4.3.1 迭代误差控制47-48
• 4.3.2 迭代收敛控制48-49
• 4.3.3 迭代收敛判别49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 数值模拟结果及其分析50-70
• 5.1 辊道窑温度场模拟结果及分析50-58
• 5.1.1 沿窑长方向截面温度场分布50-53
• 5.1.2 沿窑宽方向截面温度场分布53-56
• 5.1.3 沿窑高方向截面温度场分布56-58
• 5.2 辊道窑流场模拟结果及分析58-65
• 5.2.1 沿窑长方向截面流场分布58-61
• 5.2.2 沿窑宽方向截面流场分布61-63
• 5.2.3 沿窑高方向截面流场分布63-65
• 5.3 不同空燃速比的数值模拟65-69
• 5.3.1 温度场分布比较65-67
• 5.3.2 速度场分布比较67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 攻读学位期间发表的学术论文76

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王计敏;蓄热式铝熔炼炉熔炼过程多场耦合的数值模拟及优化研究[D];中南大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 龙威舜;克里金估计技术在辊道窑温度场中的应用研究[D];景德镇陶瓷学院;2011年

2 谭易君;圆形蓄热式熔铝炉内多场耦合数值模拟及优化[D];中南大学;2011年

3 李真;陶瓷辊道窑结构多目标优化方法的研究[D];武汉理工大学;2010年

4 常排排;陶瓷辊道窑的温度场数值模拟及决策分析[D];武汉理工大学;2010年

5 石伟霞;基于粒子系统的陶瓷辊道窑燃烧过程可视化方法研究[D];武汉理工大学;2010年

6 周善红;倾动式铝液保温静置炉内多场耦合仿真与优化研究[D];中南大学;2010年

7 罗强;辊道窑内高变化对窑内流场和温度场的影响研究[D];景德镇陶瓷学院;2010年

8 孟汉X;辊道窑不同窑顶结构下气体流场与温度场的数值模拟[D];景德镇陶瓷学院;2012年

9 曾铖;隧道窑气体燃料富氧燃烧的数值模拟研究[D];华中科技大学;2012年

10 程婧;超宽体辊道窑烧成带半圆拱顶与平顶结构下的数值模拟分析[D];景德镇陶瓷学院;2013年

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本文编号：364878