燃油纯氧助燃单元玻璃熔窑火焰空间的三维图像模拟
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摘要
本文综合评述了国内外玻璃熔窑纯氧燃烧方法与火焰空间燃烧过程研究方法的发展，在研究燃油纯氧助燃单元玻璃熔窑燃烧理论的基础上，建立了燃油纯氧助燃单元玻璃熔窑火焰空间中燃烧过程的三维数学模型。模型包括气相流动与传热模型和雾化油滴燃烧的轨道模型。前者以流体力学中的连续性方程，动量方程，湍流模型方程和能量方程为基础，采用SIMPLE方法和有限元方法求解；后者用单元内颗粒源法来处理，将颗粒对气相的影响作为源项加给气相。程序采用适合科学计算的MS—FORTRAN语言。
为便于对计算结果进行观察，本文使用StanfordGraph与Tecplot工具软件将数值模拟得到的计算结果用图像直观的表述出来，从而更为直观地表示温度场分布和气流的运动情况，实现计算结果的可视化。
课题结合实例研究了年产9000吨“E”玻璃燃油纯氧单元玻璃熔窑火焰空间的温度场速度场的分布。计算结果表明，该三维数学模型能够比较全面地反映火焰空间温度场速度场分布的规律；程序收敛性良好，而且具有改变参数容易，不受环境波动影响的优点，具有一定的实用意义。采用图像模拟能更直观地表示数值计算的结果，对纯氧燃烧的研究和应用，具有一定的参考价值。
This thesis reviewed systematically the development of numerical simulation for oxy - fuel combustion and turbulent combustion in combustion space of glass melting furnaces, and established three-dimensional mathematical model which is very practical in oil fired oxy -fuel unit glass furnaces on the base of theory of glass melting furnaces and industrial application. The model consisted of gas turbulent flows and heat transfer sub-model and spray combustion sub-model. The former includes continuity equation, momentum equation, turbulence equation and energy equation and were solved by SIMPLE and FEM scheme, the later makes use of the PSIC method.
The flow field and temperature distribution of combustion space in oil fired oxy-fuel glass furnaces(9 OOOt/y) were studied in this paper. It was concluded that the oxy-fuel combustion temperature distribution of combustion space could be described well by three-dimensional model which would apply widely.
为便于对计算结果进行观察，本文使用StanfordGraph与Tecplot工具软件将数值模拟得到的计算结果用图像直观的表述出来，从而更为直观地表示温度场分布和气流的运动情况，实现计算结果的可视化。
课题结合实例研究了年产9000吨“E”玻璃燃油纯氧单元玻璃熔窑火焰空间的温度场速度场的分布。计算结果表明，该三维数学模型能够比较全面地反映火焰空间温度场速度场分布的规律；程序收敛性良好，而且具有改变参数容易，不受环境波动影响的优点，具有一定的实用意义。采用图像模拟能更直观地表示数值计算的结果，对纯氧燃烧的研究和应用，具有一定的参考价值。
This thesis reviewed systematically the development of numerical simulation for oxy - fuel combustion and turbulent combustion in combustion space of glass melting furnaces, and established three-dimensional mathematical model which is very practical in oil fired oxy -fuel unit glass furnaces on the base of theory of glass melting furnaces and industrial application. The model consisted of gas turbulent flows and heat transfer sub-model and spray combustion sub-model. The former includes continuity equation, momentum equation, turbulence equation and energy equation and were solved by SIMPLE and FEM scheme, the later makes use of the PSIC method.
The flow field and temperature distribution of combustion space in oil fired oxy-fuel glass furnaces(9 OOOt/y) were studied in this paper. It was concluded that the oxy-fuel combustion temperature distribution of combustion space could be described well by three-dimensional model which would apply widely.
引文
1．汪全清：富氧和纯氧燃烧的优越性，2000．1，中国玻璃，2000年第3期，p41—42
2．孙承绪：纯氧燃烧池窑中若干技术问题的探讨，2001．5，玻璃与搪瓷，第30卷第1期，P47—59
3．谢俊林，何峰：氧—燃燃烧技术在国外玻璃行业中的应用，1996．3，国外建材科技，第17卷第3期，P8—12
4．钱世准：玻璃熔窑的氧气辅助加热技术，2001，建材工业信息，2001年第7期，P—32
5．夏登满(译)：最新氧气—燃料燃烧方法，2001．2，中国玻璃，2001年第2期，P39—44
6．卢有详：玻璃熔窑节能新技术—全氧燃烧技术，2000．10，光电技术，第41卷第4期，p28—30，60
7．叶鼎铨：玻璃熔窑的纯氧燃烧技术，玻璃纤维，2002年第3期，p8—14
8．於云林，周志豪：纯氧燃烧技术在玻璃窑上的应用，1994玻璃与搪瓷，第22卷第1期，P33—38
9．於云林：纯氧燃烧玻璃窑热工过程的计算与分析，1996．8，玻璃与搪瓷，第卷25第2期，P32—38
10．於云林，周志豪：蓄热式玻璃熔窑改造为全氧燃烧窑在实施过程中的若干问题的考虑，1996．12，玻璃与搪瓷，第卷26第1期，P45—53
11．胡昌盛，王介峰：玻璃熔窑富氧燃烧的经济效益分析，P5—8
12．王俊然：在浮法玻璃厂发展富氧燃烧技术的探讨，秦皇岛玻璃研究院
13．沈锦林，朱建飞，颜晖，林建军：燃油浮法玻璃熔窑火焰空间富氧燃烧的三维数值模拟，1999．4，材料科学与工程，第18卷第2期，p28—31
14．叶鼎铨：玻璃熔窑的纯氧燃烧技术，玻璃纤维，2002年第3期，p8—14
15. Burley, D.M.et al: applications of the finite Element Moment to Calculate Flow Pattern in Glass Tank Furnaces, Glass technol, 1978, 19[4], P86—91
16. Mercier, P.: Deville M.:Louvain—la—Neuve: Three—dimensional numerical study of glass flow in a forehearth, Galstechn, Ber.52(1979)Nr,6.P131—140
17. GJ Weir SP White:A two dimensional mathematical model of forehearth,Glass tech,1982,23(20):P113—119
18. RA Murnne: Analysis of glass process problem using 3D computer model,Ceram Eng Sci Proc, 1988,9(34):P192—202
19. P Schill:Calculation of 3D glass melt flow in large furnace via grid method, Glastech Bcr, 1990,63k; P37—47
20. Mase, H.: Oda, kenji; Mathmatical model of glass tank furnace with batch melting process. J.Non.Crystalline Solids,1980, 38%39:P807—812
21. Moult, A.: Two and three dimensional mathematical models of glass tank furnaces.Glass Technology Vol23, No.2 April 1982.P106—112
22. Mase, H, ODA, K, TAKDA, A. etc.: Three dimensional Mathematical Model of Glass Tank Furnace.窑业协会志 94[2]1986,P285—294
23. A Urgan R Viskanka: Three dimensional model of glass tank furnace with batch melting Process. J of Non—crys solids, 1980, 38%39:P807—812
24. A Urgan R Viskanka: Three dimensional thermal flow of structure in an idling glass melting Glass Tech, 1987, 28(6): P252—260
25. A Ungan R Vistanta: Melting behavior of continuously charged loosed batch blanket in glass melting furnaces, Glastech Ber, 1986, 59(10): P279—291
26. A Ungan R Vistanta: Effect of air bubbing on circulation and heat transfer in a glass melting tank,J Am ceram soc, 1986, 69:P382—391
27. A Ungan R Viskanta: Three dimensional numerical simulation of circulation and heat transfer in a electricity boosted glass melting tank,IEFE Trans Ind Applocs, 1986,IA—22:P922—933
28. A Ungan R Vistanta: Three dimensional numerical modeling of circulation and heat transfer in glass melting tank,Part1: Mathematical formulation, Glastech Bet, 1987, 60(3):P71—78
29. A Ungan R Vistanta: Three dimensional numerical modeling of circulation and heat transfer in a glass melting tank, Part2: Sample simulation, Glastech Ber, 1987, 60(4):P115—124
30. CJ Hoogendoorn L post: Modeling of combustion and heat transfer in glass furnacing, Glastech Ber, 1990, 63(1): P7—12
31. MK Chondary : Mathematical modelling of flow and heat transfer phenomenon in glass furnaces channels and forehearths, J Am ceram Soc,1991,74(12)
32．孙承绪，李会平：玻璃池窑供料道内流动与传热过程的数学模拟，《硅酸盐学报》第15卷第1期；Feb 1987
33．王剑，周志豪：窑池内玻璃液流动和传热的二维数学模型，《玻璃与搪瓷》第15卷第1期
34.Jian, W.: Zhihao, Z.: Investigation into glass tank geometries by means of a mathematical model, Glastech Ber, 1992, 65(1): P1—8
35．胡兴洪：浙江大学八五级硕士论文，1987
36．周海波：浙江大学八六级硕士论文，1986
37．周海波，张飞鹏：玻璃池窑中流动与传热的二维数学模型《玻璃》1992．4，P1—9
38．祈建伟：浙江大学八九级硕士论文，1992
39．赵国昌，胡桅林，过增元等：玻璃池窑数值模拟，1993．4，武汉工业大学学报，第15卷第1期，P98—105
40．吴锡琪，李立华：玻璃熔窑火焰空间二维数学模型，1993．3，武汉工业大学学报，第15卷第1期，P98—105
41．胡昌盛：玻璃池窑火焰空间三维传热数学模型的研究，第四届全国玻璃科学技术学术年会论文集，1993．10，P182—191
42．孙承绪，宋力听：浮法玻璃熔窑内液流运动和传热三维数学模拟，第四届全国玻璃科学技术学术年会论文集，1993.10
43．祁建伟，胡桅林，过增元：电真空玻璃熔窑内液流运动和传热三维数学模拟，第四届全国玻璃科学技术学术年论文集，1993.10
44．孙承绪，叶正才：用计算机确定马蹄焰池窑内三维数学模型研究，《玻璃
与搪瓷》第21卷第3期，P5—11
45. Shen Jinlin, Zhu jianfei and Yah Hui: Study on mechanism of glass flow and heat—transfer process in float glass furnaces using computer three—dimensional simulation and graphic generation, Glass Technology Glass Archemetry 6,1995, P133—139
46. Shen Jinlin, Hu Linyun:Three—Dimensional mathematical Modeling of Turbulent Combustion in Combustion space of Oil—Fired ⅩⅤⅢ, 1997
47．沈锦林，吴勇：浮法玻璃窑玻璃液流三维数学模型及卡脖、窑坎对其影响的研究，1998
48．沈锦林，甘洪霖：燃油浮法玻璃熔窖蓄热室的三维数值模拟，1998
49．沈锦林，倪志杰：燃油浮法玻璃熔窑火焰空间的数值模拟，1999
50．沈锦林，徐衠：浮法玻璃熔窑玻璃液流温度场和速度场的图像模拟，2000
51．沈锦林，蔡建祥：混合蓄热室的三维数值模拟，2001
52．沈锦林，王小隶：燃油浮法玻璃熔窑富氧燃烧火焰空间的三维图象模拟，2002
2．孙承绪：纯氧燃烧池窑中若干技术问题的探讨，2001．5，玻璃与搪瓷，第30卷第1期，P47—59
3．谢俊林，何峰：氧—燃燃烧技术在国外玻璃行业中的应用，1996．3，国外建材科技，第17卷第3期，P8—12
4．钱世准：玻璃熔窑的氧气辅助加热技术，2001，建材工业信息，2001年第7期，P—32
5．夏登满(译)：最新氧气—燃料燃烧方法，2001．2，中国玻璃，2001年第2期，P39—44
6．卢有详：玻璃熔窑节能新技术—全氧燃烧技术，2000．10，光电技术，第41卷第4期，p28—30，60
7．叶鼎铨：玻璃熔窑的纯氧燃烧技术，玻璃纤维，2002年第3期，p8—14
8．於云林，周志豪：纯氧燃烧技术在玻璃窑上的应用，1994玻璃与搪瓷，第22卷第1期，P33—38
9．於云林：纯氧燃烧玻璃窑热工过程的计算与分析，1996．8，玻璃与搪瓷，第卷25第2期，P32—38
10．於云林，周志豪：蓄热式玻璃熔窑改造为全氧燃烧窑在实施过程中的若干问题的考虑，1996．12，玻璃与搪瓷，第卷26第1期，P45—53
11．胡昌盛，王介峰：玻璃熔窑富氧燃烧的经济效益分析，P5—8
12．王俊然：在浮法玻璃厂发展富氧燃烧技术的探讨，秦皇岛玻璃研究院
13．沈锦林，朱建飞，颜晖，林建军：燃油浮法玻璃熔窑火焰空间富氧燃烧的三维数值模拟，1999．4，材料科学与工程，第18卷第2期，p28—31
14．叶鼎铨：玻璃熔窑的纯氧燃烧技术，玻璃纤维，2002年第3期，p8—14
15. Burley, D.M.et al: applications of the finite Element Moment to Calculate Flow Pattern in Glass Tank Furnaces, Glass technol, 1978, 19[4], P86—91
16. Mercier, P.: Deville M.:Louvain—la—Neuve: Three—dimensional numerical study of glass flow in a forehearth, Galstechn, Ber.52(1979)Nr,6.P131—140
17. GJ Weir SP White:A two dimensional mathematical model of forehearth,Glass tech,1982,23(20):P113—119
18. RA Murnne: Analysis of glass process problem using 3D computer model,Ceram Eng Sci Proc, 1988,9(34):P192—202
19. P Schill:Calculation of 3D glass melt flow in large furnace via grid method, Glastech Bcr, 1990,63k; P37—47
20. Mase, H.: Oda, kenji; Mathmatical model of glass tank furnace with batch melting process. J.Non.Crystalline Solids,1980, 38%39:P807—812
21. Moult, A.: Two and three dimensional mathematical models of glass tank furnaces.Glass Technology Vol23, No.2 April 1982.P106—112
22. Mase, H, ODA, K, TAKDA, A. etc.: Three dimensional Mathematical Model of Glass Tank Furnace.窑业协会志 94[2]1986,P285—294
23. A Urgan R Viskanka: Three dimensional model of glass tank furnace with batch melting Process. J of Non—crys solids, 1980, 38%39:P807—812
24. A Urgan R Viskanka: Three dimensional thermal flow of structure in an idling glass melting Glass Tech, 1987, 28(6): P252—260
25. A Ungan R Vistanta: Melting behavior of continuously charged loosed batch blanket in glass melting furnaces, Glastech Ber, 1986, 59(10): P279—291
26. A Ungan R Vistanta: Effect of air bubbing on circulation and heat transfer in a glass melting tank,J Am ceram soc, 1986, 69:P382—391
27. A Ungan R Viskanta: Three dimensional numerical simulation of circulation and heat transfer in a electricity boosted glass melting tank,IEFE Trans Ind Applocs, 1986,IA—22:P922—933
28. A Ungan R Vistanta: Three dimensional numerical modeling of circulation and heat transfer in glass melting tank,Part1: Mathematical formulation, Glastech Bet, 1987, 60(3):P71—78
29. A Ungan R Vistanta: Three dimensional numerical modeling of circulation and heat transfer in a glass melting tank, Part2: Sample simulation, Glastech Ber, 1987, 60(4):P115—124
30. CJ Hoogendoorn L post: Modeling of combustion and heat transfer in glass furnacing, Glastech Ber, 1990, 63(1): P7—12
31. MK Chondary : Mathematical modelling of flow and heat transfer phenomenon in glass furnaces channels and forehearths, J Am ceram Soc,1991,74(12)
32．孙承绪，李会平：玻璃池窑供料道内流动与传热过程的数学模拟，《硅酸盐学报》第15卷第1期；Feb 1987
33．王剑，周志豪：窑池内玻璃液流动和传热的二维数学模型，《玻璃与搪瓷》第15卷第1期
34.Jian, W.: Zhihao, Z.: Investigation into glass tank geometries by means of a mathematical model, Glastech Ber, 1992, 65(1): P1—8
35．胡兴洪：浙江大学八五级硕士论文，1987
36．周海波：浙江大学八六级硕士论文，1986
37．周海波，张飞鹏：玻璃池窑中流动与传热的二维数学模型《玻璃》1992．4，P1—9
38．祈建伟：浙江大学八九级硕士论文，1992
39．赵国昌，胡桅林，过增元等：玻璃池窑数值模拟，1993．4，武汉工业大学学报，第15卷第1期，P98—105
40．吴锡琪，李立华：玻璃熔窑火焰空间二维数学模型，1993．3，武汉工业大学学报，第15卷第1期，P98—105
41．胡昌盛：玻璃池窑火焰空间三维传热数学模型的研究，第四届全国玻璃科学技术学术年会论文集，1993．10，P182—191
42．孙承绪，宋力听：浮法玻璃熔窑内液流运动和传热三维数学模拟，第四届全国玻璃科学技术学术年会论文集，1993.10
43．祁建伟，胡桅林，过增元：电真空玻璃熔窑内液流运动和传热三维数学模拟，第四届全国玻璃科学技术学术年论文集，1993.10
44．孙承绪，叶正才：用计算机确定马蹄焰池窑内三维数学模型研究，《玻璃
与搪瓷》第21卷第3期，P5—11
45. Shen Jinlin, Zhu jianfei and Yah Hui: Study on mechanism of glass flow and heat—transfer process in float glass furnaces using computer three—dimensional simulation and graphic generation, Glass Technology Glass Archemetry 6,1995, P133—139
46. Shen Jinlin, Hu Linyun:Three—Dimensional mathematical Modeling of Turbulent Combustion in Combustion space of Oil—Fired ⅩⅤⅢ, 1997
47．沈锦林，吴勇：浮法玻璃窑玻璃液流三维数学模型及卡脖、窑坎对其影响的研究，1998
48．沈锦林，甘洪霖：燃油浮法玻璃熔窖蓄热室的三维数值模拟，1998
49．沈锦林，倪志杰：燃油浮法玻璃熔窑火焰空间的数值模拟，1999
50．沈锦林，徐衠：浮法玻璃熔窑玻璃液流温度场和速度场的图像模拟，2000
51．沈锦林，蔡建祥：混合蓄热室的三维数值模拟，2001
52．沈锦林，王小隶：燃油浮法玻璃熔窑富氧燃烧火焰空间的三维图象模拟，2002