辊道窑烧成带气体流场与温度场的三维数值模拟

《辊道窑烧成带气体流场与温度场的三维数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、万方数据探索与交流文章编号：1001—9642(2006)05—0027—05辊道窑烧成带气体流场与温度场的三维数值模拟童剑辉，冯(景德镇陶瓷学院，【摘要】：通过数值模拟的方法，利用cFD软件FLUENT6．o，建立实体计算模型并采用六面体结构与非结构混合网格对模型进行网格划分；采用标准K—e湍流模型和P一1辐射模型对辊道窑烧成带内气体流场与温度场进行了数值模拟研究。得出了窑内气体流场和温度场的分布，分析了流场对窑内气体温度场和对流换热的影响。【关键词】：辊道窑，K一￡，湍流模型，数值模拟，流场，温度场引言辊道窑是一种近几十年发展起来的新型

2、快烧连续式窑炉，目前已广泛用于建陶和日用陶瓷等陶瓷生产中。由于辊道窑多采用小流量中、高速烧嘴，且大部分交错布置在烧成带窑墙上下、左右两侧，这使得窑内气流产生强烈的扰动和循环，气体流动为有涡旋和耗散的紊流，而烧成带内气体的流动状况直接影响到制品的烧成质量和能耗。因此，开展对辊道窑烧成带内气体流动的研究对提高制品的烧成质量和降低能耗等有着重要的指导意义和工业实用价值。在以往对辊道窑窑内气体流动的研究中，由于受实验仪器和研究方法等方面的限制，对辊道窑内气体流场和温度场进行系统研究还不多。基于流体力学和传热学理论知识的数值模拟是一种以具有高速度计算

3、能力的计算机作为模拟手段的气体流动与传热研究方法，它具有研究成本低、周期短、无实验仪器干扰、能够得到完整的数据、能将计算情况在计算机屏幕上形象的再现等其它方法无法比拟的优点，现已广泛用于各种窑炉研究中”3

4、。利用CFD软件FLUENT6．0，对辊道窑烧成带内气体流场与温度场进行了数值模拟，得出了窑内气体流场和温度场分布并分析了流场对窑内气体温度场和对流换热的影响。1物理计算模型与数值方法1．1计算模型简化与模型网格划分考虑到计算模型网格数量如果过大，由于受计算机资源限制，会导致无法进行模拟计算，因此本文只取烧成带高温段两节窑长作为计算区域并

5、对窑体结构进行如下的合理简化：窑长L=280mm，宽W=1800mm，高H=800mm，闸板和挡火墙设置在窑体模型中间且高度相同，根据有关参考文献，取高度收稿日期：2005—12—29青，汪和平景德镇555001)h=200mm{41；由于砖坯的厚度和它们之间间隙较窑内高和窑内宽都很小，因此将模拟段窑内的砖坯简化为一块厚度为0的平板，它离窑墙两侧的距离据经验取200mm【5＼烧嘴砖通道长度和端面直径分别为230mm和84mm【6

6、。模型结构如图l。图1窑体模型结构图Fig．1Modelofk-Inbody由于简化后的计算模型结构不是很复杂，

7、且考虑到用四面体网格计算会影响计算结果的精度，故采用六面体单元对其进行网格划分。烧嘴砖孔圆柱通道空问和窑内空问实体分别采用Cooper(非结构六面体网格)和结构化六面体网格。由于烟气射流和射流边界层的速度和温度梯度等都较大，为了提高模拟计算的物理精度，将这二处的网格局部加密，最后模型的网格总数为553215。网格结构如图2。图2模型网格视图Fig．2Vjewporttogridofmode矽凰黪赫l粥蝴一∞嘲潲∞I2006(42滞5期}27万方数据中国陶瓷2006年第5期1．2控制方程与边界条件1．2．1控制方程由于辊道窑烧成带窑内气体流动

8、为有涡旋和耗散的湍流，故选用目前在工程计算中运用最广且最成熟的标准K￡湍流模型作为湍流计算；烧成带烟气辐射传热模型选用既能满足计算精度且计算量不是很大的P一1辐射模型ms

9、。它们的模型控制方程分别如下：连续方程：—兰(倒．)=o，其中i_1，2，3C％动量方程：三k。卢一孚+挈+偿，+Fox。dx。x能量方程：导(班)+V·(；(加+p))=V·(％V，一∑吩万+(赫·；)]+sP一1辐射方程：一功，=口G一4d刃4K方程：警+攀2考【等考J铊鸠西一声df咖僦I仃。钡．J方程：等+警=毒[等卦q黔即：P譬其中K方程和￡方程中的模型常数由表1

10、给出：表1标准K一￡湍流模型方程中的模型常数TabIelConstantsofthestandardK一￡1．2．2边界条件取烧嘴砖通道烟气入口和窑体模型一端横截面为速度进口边界条件。由于辊道窑烧嘴一般多采用中、高速烧嘴，故烟气进口速度按烧嘴烟气喷出速度范围取40m／s，窑体一端烟气进口速度按经验取0．2m／s。窑体另一端截面出口设为压力出口条件，表压设荚1Pa。其它参数如表2。窑墙、窑底、窑顶和挡火墙、板均为无滑移固体边界。由于在辊道窑烧成带一般都采用轻质隔热耐火材料，它们的导热系数都很小，故窑内壁都设为绝裁热边界条件。而窑内的砖坯制品的

11、热边界条件参数为：砖坯内部发射率￡=0．9；厚度6=0．01m；密度p=2200kg／m3；比热Cp=1200kJ／kg℃；导热系数入=1．1w／m℃。1．3数值解法选择有限控制