基于数值模拟的隧道窑能耗优化方法研究

发布时间：2017-07-26 11:01

  本文关键词：基于数值模拟的隧道窑能耗优化方法研究

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【摘要】：隧道窑是卫生洁具陶瓷生产的重要设备之一,其烧成质量将直接影响生产成本和效率。传统烧成质量主要通过人工经验来控制,而这种方式无法满足陶瓷工业生产的要求,主要因为着眼于保证燃烧质量而忽略能耗问题。尽管有学者研究了隧道窑的燃烧热平衡问题,但未直接指出与能耗的关系,且未考虑燃烧质量。然而,陶瓷企业的节能减排迫切需要从质量和能耗两个方面综合实现隧道窑的节能优化。本文以卫生陶瓷隧道窑为研究对象,以提高燃烧质量和降低能源消耗为目标,分别建立以燃气速度、助燃风速度和炉内高度为自变量的燃烧质量模型和能耗模型,提出一种基于数值模拟的隧道窑能耗优化方法。因此本文的主要研究内容如下：1、针对隧道窑工艺特性及燃烧过程能耗特性,分析隧道窑燃烧过程热量吸收和支出方式,建立一种基于热平衡分析的隧道窑能源消耗模型,揭示能源消耗与燃气速度、助燃风速度和炉内高度等因素的关系。2、提出一种基于数值模拟的隧道窑燃烧模型,针对隧道窑结构及生产特点,将生产过程抽象为连续工艺,并建立三维模型,确定隧道窑热工特性边界条件,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析隧道窑燃烧过程。3、提出一种基于数值模拟的质量与能耗多目标优化模型,利用隧道窑燃烧数值模拟揭示不同组合参数下窑内温度变化规律,面向温度参数定义一种均匀性系数,评价数值模拟燃烧质量,并基于神经网络建立燃烧质量模型,结合隧道窑能源消耗模型,利用遗传算法实现燃烧质量和能耗多目标优化。综合以上研究,利用Matlab搭建了“隧道窑能耗优化仿真系统”,包括能源消耗模块、燃烧质量模块和能耗优化模块,为基于数值模拟进行隧道窑能耗优化提供理论和方法支撑。
【关键词】：卫生陶瓷隧道窑 能耗模型 数值模拟 燃烧质量模型 优化
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.653.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题研究背景与意义13-14
• 1.1.1 课题背景13
• 1.1.2 课题研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.2.1 窑炉数值模拟研究现状14-16
• 1.2.2 窑炉节能优化研究现状16-17
• 1.3 本文研究思路、内容与框架17-19
• 1.4 本章小结19-20
• 第二章 隧道窑工艺及能耗特性分析20-31
• 2.1 隧道窑结构特性分析20-22
• 2.2 隧道窑工艺特性分析22-25
• 2.3 隧道窑能耗特性分析25-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 隧道窑燃烧数值模型构建方法研究31-40
• 3.1 隧道窑几何模型构建31-32
• 3.2 隧道窑几何模型网格划分32-33
• 3.3 隧道窑边界条件确定33-35
• 3.3.1 固体壁面边界条件确定34-35
• 3.3.2 气流边界条件确定35
• 3.4 燃烧数学模型构建35-39
• 3.4.1 基本湍流模型35-37
• 3.4.2 PDF燃烧反应模型37-38
• 3.4.3 DO辐射传热模型38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 基于数值模拟分析的能耗优化方法研究40-65
• 4.1 隧道窑数值模拟分析40-53
• 4.1.1 隧道窑荷载时温度场分布情况41-46
• 4.1.2 隧道窑荷载时速度场分布情况46-51
• 4.1.3 不同炉内高度的数值模拟51-53
• 4.2 隧道窑燃烧质量分析53-58
• 4.2.1 燃烧质量评价指标53-55
• 4.2.2 燃烧质量模型的建立55-58
• 4.3 燃烧质量与能耗多目标优化模型研究58-64
• 4.3.1 优化变量的选择与约束条件58-59
• 4.3.2 优化目标函数的确定59
• 4.3.3 燃烧质量和能耗多目标优化模型59-60
• 4.3.4 多目标优化概念及遗传算法简介60-62
• 4.3.5 多目标优化实验设计及结果分析62-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 隧道窑能耗优化仿真系统设计与实现65-72
• 5.1 仿真系统框架设计65-67
• 5.2 仿真系统的搭建67-68
• 5.3 仿真系统的使用68-71
• 5.4 本章小结71-72
• 总结与展望72-74
• 参考文献74-77
• 攻读学位期间发表的论文77-79
• 致谢79

【参考文献】

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本文编号：576028