辊道窑不同窑顶结构下气体流场与温度场的数值模拟

《辊道窑不同窑顶结构下气体流场与温度场的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、中国陶瓷工业CHINACERAMICINDUSTRY2012年6月第19卷第3期Jun.2012Vol.19,No.3文章编号：1006-2874（2012）03-0010-05辊道窑不同窑顶结构下气体流场与温度场的数值模拟孟汉堃蒋方乐（景德镇陶瓷学院，江西景德镇333001）摘要利用CFD软件Fluent对不同窑顶结构的辊道窑气体流场和温度场进行数值模拟，研究了不同窑顶结构下窑内气体流场和温度场的分布，分析了不同窑顶结构对流场和温度场的影响。关键词辊道窑；不同窑顶结构；数值模拟中图分类号：TQ174.6+5文献标识码：A0前言1.1物理模型本文以某厂拱顶结构的辊道窑为研究对象，并相对应的

2、建平顶结构的辊道窑模型，如图1和图2。考虑到数值模拟的辊道窑是目前陶瓷行业的主要烧成设备，其窑内温度场计算量以及现有计算机资源的限制，故只选取辊道窑部分窑均匀，窑内传热速率与传热效率大，保证了快烧的实现，而快体作为模拟对象，其主要尺寸如表1，并对模型进行以下简烧又保证了产量，降低了能耗，是当前陶瓷工业中优质、高产、[1]化：砖坯距两侧窑墙的距离按经验取200mm；挡火板与挡火低消耗的先进窑型。辊道窑采用什么样的窑顶结构形式，已[2,3]墙设置在两节模型中间；烧嘴通道长度和端面直径分别取有学者也进行了一系列的研究和分析。它不仅会影响窑炉230mm和80mm。的造价及窑内温度的均匀性，而且还影

3、响热利用率。为此研究简化后的计算模型结构相对简单和规整，采用六面体单和探讨辊道窑的拱顶和平顶结构，对进一步提高窑炉的产量，元进行网格划分，窑内结构采用结构六面体网格，而烧嘴砖通增加企业的经济效益有着重要的意义。道空间采用非结构六面体网格，且生成网格质量很好。网格结随着科学技术的不断发展，在对辊道窑的研究中，数值模构如图3。拟是一种具有高速度运算能力的模拟手段，它具有研究成本1.2数学模型低，周期短的特点，并能得到完整的数据，不再受实验仪器和1.2.1控制方程研究方法的限制。本文以辊道窑窑顶结构为研究对象，结合传本文模型为辊道窑烧成带其中两节以及预热带700℃和热学、流体力学和温度场理论等知

4、识，借助Fluent流体力学模400℃左右各取两节，窑内气体流动主要为湍流流动，选用标拟软件，建立陶瓷辊道窑的窑体模型，对温度场及流场进行数准K-湍流模型进行湍流计算模型；烧成带窑内传热方式主值模拟，为生产实践及以后的计算机自动控制系统提供有效要为辐射传热，选择P-1辐射模型进行辐射计算。由于400℃的理论基础。左右时主要传热方式为对流换热，该模型忽略辐射传热。数学模型中可用一个通用方程来描述连续、动量和能量1物理模型与数学模型方程，即：图1拱顶结构模型图图2平顶结构模型图Fig.1ModelofrollerkilnwitharchroofFig.2Modelofrollerkilnwit

5、hflatroof收稿日期：2012-04-082012年第3期中中国陶瓷工业国陶瓷工业11表1窑体烧成带主要尺寸Tab.1Maindimensionsofthekiln'sfiringzone单位：mm模型辊上高(最高）辊下高长度宽度平顶45055022003100拱顶450～75055022003100速度进口压力出口内部面内部区域内部区域速度进口墙速度进口图3模型局部网格图4边界名称Fig.3LocalmeshofthemodelFig.4Namesofboundaries表2各边界物理参数Tab.2Thephysicalparametersoneachboundary平顶结构烟气温

6、度湍流强度水力直径烟气发射率速度/压力烧嘴砖通道烟气进口1595K10%0.08m0.18100m/s窑体主流烟气进口1510k5%1.51m0.180.2m/s窑体主流烟气出口1500K5%1.51m0.181Pa拱顶结构烟气温度湍流强度水力直径烟气发射率速度/压力烧嘴砖通道烟气进口1595K10%0.08m0.22100m/s窑体主流烟气进口1510k5%1.8m0.220.2m/s窑体主流烟气出口1500K5%1.8m0.221Pa坠(坠Φ)1.2.2边界条件+div(ρUΦ)=div(ΓgradΦ)=S坠TΦΦ以平顶结构模型为例进行边界条件的设置，边界的物理k方程：模型如图4所示。

7、各边界的物理参数如表2。烟气物性参数取坠(ρUK)=坠[μt坠K]+G-ρ值如表3。坠i坠xσ坠kkxiikxi1.2.3数值解法ε方程：数值计算方法采用分离求解法，能量方程，采用二阶方程2坠(ρUε)=坠[μt坠ε]+CεG-Cρε式，采用SIMPLE算法进行求解，各控制方程的松弛因子采用坠i坠xσ坠1KK2Kxiiεxi默认因子，对方程迭代求解直至最后收敛。P-1辐射方程：4-塄qr=aG-4aσT2数值模拟结果与分