辊道窑窑内温度场变化研究

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1、辗道窑窑内温度场变化研究摘要：由于银道窑断曲温度均匀、传热效率高、能耗低，已成为建陶企业普遍采用的烧成设备。目前，随着建陶企业的产量越来越大，窑炉也越建越长、截面愈来愈宽，但窑内温度也越来越难以控制，而由于窑内温度不均匀造成的诸如变形、色差等烧成缺陷也日趋严重。因此，如何均匀窑内温度、减小断面温差成为建陶企业最关心的问题之一。关键词：车昆道窑；温度均匀器；数值模拟；温度场1辘道窑温度均匀器的应用辗道窑温度均匀器是一种新型窑内温度均匀装置，能有效地改善窑内（尤其是横断面）温度的均匀性，减少制品变形、色差等缺陷。温度均匀器如何能达到改善窑内温度的均

2、匀性？了解这一点，对合理操作温度均匀器很有必要。图1为窑体模型结构示意图。辐道窑温度均匀器一般安装在烧成带中的车昆上（或银下）空间。安装时先在烧成带窑墙两侧开圆形的孔洞，再放入调节器，最后将其位置调平，调节器伸岀窑外通过金属圆盘连接，其在窑墙间的空隙用耐火棉填实，以防止漏气。其屮一端的圆盘通过轴承与轴承座固定，另一端圆盘通过轴承连接一手柄，调节器由两根辘棒组成。通过手柄调节改变装置上两槻棒在窑内的相对位置，改变窑内气流流动状态，从而改变温度分布，达到均匀窑温的目的。2物理结构模型及网格划分2.1物理结构模型的简化本文主要是研究辘道窑烧成带内垂直

3、放置温度均匀器后，温度均匀器对窑内附近空间烟气温度场的影响。因此，窑体物理模型的长度只需在一、两节窑长范围内选取即可，而模型的高度和宽度以一般车昆道窑的内高和内宽选取。本文中窑体模型结构尺寸为：长X内宽X内高=4000mmX2500mmX800mmo另外，考虑到窑内制品除离两侧窑墙有一定的间距（一般为100〜200mm）夕卜，它们之间的纵向和横向间隙很小，故可将其简化为一块长为窑长，宽为窑内宽减去两倍离窑墙间距的制品大整体，将窑内气流空间分成车昆上、车昆下两部分，其尺寸为：长X宽二4000mmX2300mm。由于温度均匀器装置中除辐棒外，其他部

4、件对研究?S内气体流场没冇任何影响，故模型屮其他部件可忽略。均匀器辘棒结构尺寸为：长X直径=2500mmX50mmo经合理简化后，加入温度均匀器后的窑体模型结构如图2所示。2.2网格划分模型计算区域采用四曲体非结构网格。窑内烟气经过温度均匀器的银棒时会发生绕流，附近烟气速度场较大变化会导致温度场的变化。为了更合理地模拟放置温度均匀器后烟气的温度场，先对两辘棒四个圆端面的圆周曲线牛成线网格，然后再牛成体网格，实现对辘棒周围的网格局部加密，最后生成的网格总数为171029个。3窑内流动与换热的数学模型窑内流动与换热的数学模型主要由基本控制方程、模型

5、方程和边界条件等组成。另外，由于烧成带温度高(一般大于900°C),辐射换热占较大比例，故能量方程中的辐射源项S需要用辐射模型来模拟。2.1基本控制方程3.2紊流粘性模型和热辐射模型紊流粘性模型采用标准k-£两方程紊流模型，该模型简单且计算方便，冃前广泛应用在工程数值模拟计算屮。紊流动能K和紊流动能耗散率£分别由下面输运方程(4)、(5)计算得到。另外，紊流粘度可表示成和的函数，即方程(6)0其中:00.09,cl二1.44,c2二1.92,[k二1.0,]二1.3。由于模型的几何结构不是很复杂，故热辐射模型采用计算机内存耗费不大且计算精度又

6、能保证的P-1辐射模型，其模型方程如方程(7)：3.3边界条件和数值方法3.3.1边界条件入口边界条件：给定烟气的流速(按经验设为0.2n)/s)和温度(t=1200°C)o出口边界条件：给定烟气的表压(按经验设为3PE和温度(t=1190°C)o壁面及砖坯的边界条件：壁面和砖坯的流动条件设定为无滑移边界条件。辘道窑烧成带一般都采用隔热保温效果好的轻质耐火材料，故窑内壁热边界条件可设为绝热条件;而制品的设为热耦合热边界条件，只需设定一个参数：砖坯内部发射率（取£=0.9）。3.3.2数值方法方程求解采用SIMPLEC方法。为增加计算精度，选用二

7、阶迎风格式作为控制方程的离散格式，其中各方程的松弛因子采用默认值。所有参数设定完毕后，最后对方程迭代求解。4计算结果与分析4.1垂直放置温度均匀器前后窑长方向的速度和温度分布辘上空间垂直放置温度均匀器后，沿窑长方向的烟气流速较放置均匀器前的流速要小一点，但流速分布却比放置温度均匀器前的要均匀得多。这主要是因为车昆上放置温度均匀器后，当烟气沿窑头方向流动经过均匀器辗棒时，烟气接触均匀器车昆棒后发生绕流。在辗棒的后半部分，烟气的流动处在减速增压区，附面层发生分离，由于烧成带烟气流动为紊流，在辘棒的后端形成两个旋转方向相反的相对旋涡，并且不断地交替释

8、放出来。从图4的速度分布图中看到，旋涡对周围的烟气产牛不同程度的扰动,在辗棒后半部分烟气的下游附近，扰动尤为明显，这使得烟气之间和烟气与制品之间的对流