玻璃卡車池窯料道著色模擬計算

玻璃卡車池窯料道著色模擬計算

1試驗(yàn)與研究1.1幾何相似的條件要完全滿足模型試驗(yàn)的要求，就很難滿足模型試驗(yàn)所遵循的條件。有些現(xiàn)象有幾個定性標(biāo)準(zhǔn)?？梢韵瓤紤]整個范圍內(nèi)的決定性因素，然后確保次要地位的因素是相似的或忽視的。這樣,不僅可使模型研究能夠進(jìn)行,而且又不至于引起較大的偏差。根據(jù)相似理論,模型與實(shí)際設(shè)備幾何相似的條件為:式中:L、L′——實(shí)際設(shè)備和模型的特征尺寸在考慮近似模擬的前提下,保證模型與原型之間的雷諾準(zhǔn)數(shù)Re,傅魯?shù)脺?zhǔn)數(shù)Fr,伽利略準(zhǔn)數(shù)Ga及葛拉曉夫準(zhǔn)數(shù)Gr相等,就可實(shí)現(xiàn)兩者間的動力學(xué)相似。因Ga、Fr和Re之間存在一定的函數(shù)關(guān)系,即Ga=Fr·Re2,所以這三個準(zhǔn)數(shù)中保證兩個準(zhǔn)數(shù)各自相等就可以滿足另一個準(zhǔn)數(shù)間的相等。由Ga準(zhǔn)數(shù)相等可得:式中:ν、ν′——玻璃液與模擬液的運(yùn)動粘度,m2/sω、ω′——玻璃液與模擬液的流速,m/s對于旋轉(zhuǎn)的模擬攪拌器來說(3)式可變換為:式中:n、n′—實(shí)際與模型攪拌器的轉(zhuǎn)數(shù)根據(jù)Ga準(zhǔn)數(shù)相等又可得:式中:β—流體的體積膨脹系數(shù),℃-1Δt—溫度差,℃根據(jù)(2)式,并在已確定幾何相似比S的條件下,選擇適當(dāng)粘度的模擬液。攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)滿足(4)式。由(3)式可確定模型中流體的流速。在確定模擬溫度范圍時應(yīng)滿足(5)式的要求。1.2試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⒈驹囼?yàn)研究對象是某玻璃廠年產(chǎn)100萬平方米玻璃馬賽克生產(chǎn)線。該池窯為雙碹直焰池窯,熔化能力為7.5t/d。本試驗(yàn)就是在此窯的基礎(chǔ)上,加長料道,并加一定的機(jī)械攪拌進(jìn)行輔助均化,并在料道上進(jìn)行料道著色研究。試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶丛土系缹?、深?/8設(shè)計。原型料道長度加長至4.5米,模型料道長按1/8比例設(shè)計。該熔窯及模型料道的基本尺寸見表1。本試驗(yàn)在料道寬度、深度和出料量參數(shù)遵循原型外,其它參數(shù)是根據(jù)有關(guān)資料自行設(shè)計的,表2為模型的其它參數(shù)。1.3模型模擬液tlg曲線試驗(yàn)選擇了以甘油加葡萄糖為模擬液,分別將葡萄糖試劑與工業(yè)甘油按20%、25%、30%、35%和40%制成模擬液。將不同比例的模擬液的運(yùn)動粘度(取常用對數(shù))與溫度作圖,同時也將玻璃液的運(yùn)動粘度(取常用對數(shù))與溫度作圖,見圖1。同時玻璃液粘度應(yīng)按(2)式折算,從圖1中清楚可見,含40%葡萄糖的甘油模擬液t~lgη曲線與熔融玻璃液的t~lgη曲線最相一致。所以40%的模擬液完全滿足試驗(yàn)要求,可實(shí)現(xiàn)模型與原型間的動力學(xué)相似。1.4色料的振動試驗(yàn)試驗(yàn)裝置見圖2。為了準(zhǔn)確獲得模型內(nèi)溫度場、速度場和均勻度,設(shè)計了四種試驗(yàn)方案。由于攪拌器旋轉(zhuǎn)時可能是將色料向上攪動(稱提),也可能是將色料向下攪動(稱壓)。同時多個攪拌器搭配時,旋轉(zhuǎn)的方向又會影響模型內(nèi)溫度場、速度場及出料的均勻性,因此四種試驗(yàn)方案在實(shí)際搭配中將有許多方案。為此試驗(yàn)中選定了有代表性的方案進(jìn)行研究。溫度場用溫度指示儀測量;速度場用示蹤劑測量;均勻度用測量電導(dǎo)率來間接測量。因?yàn)楸驹囼?yàn)所用的模擬色料不僅具有鮮明的顏色,同時又是良好的電解質(zhì)。2熱源與料道的速度分布加入一個攪拌器,從橫向溫度分布上看,一側(cè)溫度比另一側(cè)溫度高,這種現(xiàn)象在攪拌器附近表現(xiàn)得更加明顯。原因是攪拌器旋轉(zhuǎn)時,它推動一側(cè)流體向前流動,帶走的是熱源處的高溫流體,因此,這一側(cè)溫度必然高。而另一側(cè)的流體被攪拌器向相反方向推動,因此使這一側(cè)的流速減慢,因此,這一側(cè)溫度必然要比另一側(cè)低。加入兩個攪拌器縱向排列,并同向旋轉(zhuǎn),會加劇橫向溫度分布的不均勻性;而兩攪拌器轉(zhuǎn)向相反時,可以補(bǔ)償一個攪拌器所造成的橫向溫度的不均勻性。加入三個攪拌器情況下,只要前兩個攪拌器反向旋轉(zhuǎn),后一個攪拌器對橫向溫度的分布影響不大。原因是從熱源處流過來的流體經(jīng)過前兩個攪拌器的攪拌,同時向外界散熱,使得到達(dá)第三個攪拌器的流體相對熱源處的流體的溫度要低,而且溫度分布也均勻。從料道縱向溫度分布看,從無攪拌器到加入一個攪拌器,直至加入三個攪拌器,熱源至出料口方向的溫度下降越來越緩慢。原因是加入攪拌器之后,熱源處的高溫流體很快到達(dá)攪拌區(qū)域。隨著熱源處高溫流體向較低溫度的攪拌區(qū)域流動,勢必造成熱點(diǎn)溫度的下降,而熱點(diǎn)要維持所控制的溫度,就要加大對流體的加熱量,這種情況有利于色料的熔化和均化。在熱源與料道入口之間的速度分布呈現(xiàn)出“S”型,表明有回流的存在。上層流體從熱源處向料道入口處流動,下層流體從料道入口向熱源流動。由于這一流動的特點(diǎn),在實(shí)際運(yùn)用料道著色這一技術(shù)時,就應(yīng)采取相應(yīng)的措施,防止色料向熔化池的流動。造成這種現(xiàn)象的原因是由于熱源的存在,形成了熱點(diǎn),所以有回流現(xiàn)象。在熱源與攪拌器之間的速度分布亦呈“S”型,表明也有回流現(xiàn)象的存在。這一回流現(xiàn)象影響范圍僅到達(dá)第一個攪拌器附近,并未影響到出料端。在熱源至攪拌器之間的回流現(xiàn)象有利于色料的熔化和均化。3池窯料道脫色由于料道中熱源的存在,形成了熱點(diǎn),使得在料道入口與熱點(diǎn)之間表面層有回流的存在,易使加入的色料回流到熔化池中而污染熔化池。所以色料加入的合理位置應(yīng)在熱點(diǎn)與攪拌器之間,并靠近熱點(diǎn)處。在攪拌器數(shù)目相同的條件下,以縱排時均化效果更好。設(shè)計攪拌器轉(zhuǎn)向時,要使相鄰的攪拌器轉(zhuǎn)向相反,以平衡兩側(cè)流速差所造成的溫差。當(dāng)設(shè)計有三個攪拌器并合理搭配時,池窯料道著色效果最佳。料道著色工藝,應(yīng)用于大批量多種顏色玻璃馬賽克生產(chǎn),將具有很多的優(yōu)點(diǎn)。在一個大型的池窯內(nèi),統(tǒng)一熔制基礎(chǔ)玻璃,然后分別在各料道上著色、成型。采用這種工藝,一座池窯,可同時生產(chǎn)各種顏色的玻璃馬賽克,由于一座大窯取代了多座小窯,不僅提高了窯爐的熱效率,而且降低了單位產(chǎn)品的燃料消耗。還由于統(tǒng)一了基礎(chǔ)玻璃的配方,無須制備各種不同顏色產(chǎn)品的配合料,減輕了原料加工工序的負(fù)擔(dān);再者,在料道著色工藝中產(chǎn)品的顏色不是由配合料在熔制過程形成,而是在基礎(chǔ)玻璃形成后在料道中加入著色劑而著色,著色劑將不受熔制高溫及窯內(nèi)氣氛的影響,所以比傳統(tǒng)工藝容易形成色彩鮮艷的制品,并且色料揮發(fā)大大減少。不但降低了產(chǎn)品成本,同時也大大降低了因揮發(fā)有害氣體對環(huán)境的污染。70年代芬蘭、日本相繼使用料道著