工程仿真在玻璃行業(yè)中的應用

工程仿真是通過數(shù)字圖像建立工程系統(tǒng)模型，并利用所建模型對實際工程系統(tǒng)進行實驗研究的一種手段，已經(jīng)被廣泛應用于玻璃工業(yè)領(lǐng)域。工程仿真在玻璃行業(yè)中的應用（1）火焰空間。在浮法玻璃的生產(chǎn)過程中，一般分為橫火焰和馬蹄焰兩種窯爐結(jié)構(gòu)，但不論是哪種結(jié)構(gòu)，其在物料和玻璃液上部進行燃燒時，發(fā)生復雜的物理化學反應，產(chǎn)生大量的燃燒氣體產(chǎn)物。而對于火焰空間而言，最受關(guān)注的是溫度和氣流的分布。通過工程仿真的方式能夠直觀的看到火焰空間內(nèi)部任意位置的溫度分布和氣流流動狀況，并且通過對燃料和助燃氣體的調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度、氣流和尾氣排放的調(diào)控和優(yōu)化。圖1為浮法熔窯中火焰空間的工程仿真分析。圖1（a）為火焰空間網(wǎng)格劃分后的模型圖，圖1（b）為空間各小爐中心截面和火焰空間底部截面氣流的矢量圖。圖1浮法熔窯中火焰空間的工程仿真分析

（2）窯內(nèi)主體液流的工程仿真分析與驗證。采用工程仿真的手段，可以明確在一定條件下窯內(nèi)玻璃液流的溫度、流速等相關(guān)分布狀態(tài)，同時還可以獲得窯內(nèi)液流的流動規(guī)律以及相關(guān)的能耗情況。通過對窯內(nèi)液流流動狀態(tài)的分析，可以明確液流的合理性，并通過對相關(guān)工藝參數(shù)的微調(diào)來實現(xiàn)對液流的調(diào)控和優(yōu)化。圖2是對能夠流出熔窯的各流層的玻璃液與窯內(nèi)各環(huán)流的分布特征對應情況、各環(huán)流的流量分布情況以及與條紋圖像之間的對應關(guān)系的驗證性研究結(jié)果。通過對熔窯出口處各層液流所占比例的分析，獲得當前生產(chǎn)條件下液流的均勻性，并與條紋圖像進行相互印證。圖2熔窯出口各層玻璃液的來源及其與條紋圖像的對應關(guān)系（3）相關(guān)輔助設(shè)施的仿真與優(yōu)化。為了在熔窯中獲得更好的玻璃液質(zhì)量，提高其熔化和均化效果，一般會在窯內(nèi)施加相關(guān)的輔助設(shè)施，其中包括熔化區(qū)輔助電極、鼓泡、冷卻水包與攪拌。鼓泡有干式和水冷式；水包有插入式和潛入式；攪拌有垂直和水平，相對于不同的輔助設(shè)施，還對應著不同的工藝參數(shù)，如位置、深度、轉(zhuǎn)速、氣量等。通過工程仿真的方式能夠直觀獲取相關(guān)輔助設(shè)施對玻璃液的作用效果，進而對相關(guān)的工藝參數(shù)進行優(yōu)化，達到輔助設(shè)施之間以及輔助設(shè)施與玻璃液流之間的最佳匹配。（4）錫槽內(nèi)玻璃液成形及保護氣體分布的工程仿真與優(yōu)化。玻璃液離開熔窯進入錫槽后，受到錫液的浮拋和拉邊機的牽引作用而逐漸成形。在此過程中，玻璃液在唇磚處的流淌、攤開、玻璃帶的拉薄以及保護氣體的分布情況等，對后續(xù)產(chǎn)品的厚薄差、波紋度、滲錫量以及表觀質(zhì)量等方面有直接的影響。通過工程仿真的方式可以對相關(guān)工藝條件進行優(yōu)化，保證玻璃產(chǎn)品的成形工藝制度穩(wěn)定。（5）玻璃退火過程與應力的工程仿真與優(yōu)化。玻璃帶在完成成形過程離開錫槽后，將會進入退火窯進行應力的消除。對于常規(guī)厚度的退火過程而言，由玻璃帶入到退火窯中的熱量充足，因此需要足夠的窯內(nèi)風管的冷卻風對玻璃帶進行降溫，進而調(diào)控應力；然而對于超薄玻璃而言，本身蓄熱能力差，帶入到退火窯中的熱量不足，為了保證合適的退火工藝，則需要在退火窯內(nèi)安置大量的電加熱來對溫度進行精密調(diào)控。采用工程仿真的方式，將退火窯的工藝參數(shù)作為邊界條件進行計算，可以獲得退火窯內(nèi)玻璃帶以及加熱/散熱裝置的溫度分布情況，退火窯空間的氣體流動情況，以及溫度分布下所對應的玻璃帶應力分布，實現(xiàn)對玻璃韌性的調(diào)制，進而提高冷端切裁良率和產(chǎn)品的韌性。圖3為退火窯端面的溫度和氣流分布情況，以及玻璃帶在退火窯A/B區(qū)的端面應力分布情況。圖3退火窯端面的溫度和氣流分布以及玻璃帶在退火窯A/B區(qū)的端面應力分布隨著市場競爭的加劇，企業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和對產(chǎn)品質(zhì)量性能提升的需求更加迫切，