平板玻璃鋼化淬冷系統(tǒng)的數(shù)值仿真.pdf

1、普通浮法玻璃在加熱到接近軟化溫度后，通過(guò)快速冷卻的方法，可得到各項(xiàng)性能優(yōu)秀的鋼化玻璃。風(fēng)淬冷鋼化的方法，由于其成本較低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)而被用于平板玻璃鋼化的工業(yè)化生產(chǎn)當(dāng)中。風(fēng)淬冷是平板玻璃鋼化的最后一道工序，也是最重要的一道工序，決定了玻璃的鋼化質(zhì)量。平板玻璃風(fēng)淬冷鋼化生產(chǎn)線的一個(gè)包含著風(fēng)道的流場(chǎng)、強(qiáng)制對(duì)流換熱、玻璃的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)等多種物理場(chǎng)的相互耦合繁雜系統(tǒng)。其中存在風(fēng)嘴高度、玻璃厚度、風(fēng)壓大小、急冷時(shí)間等諸多影響鋼化質(zhì)量的因素，

2、難以實(shí)現(xiàn)各種因素的全面考慮和控制，容易產(chǎn)生風(fēng)斑、自爆、鋼化強(qiáng)度不夠等問(wèn)題。
　　國(guó)內(nèi)現(xiàn)有平板玻璃淬冷系統(tǒng)存在諸如淬冷過(guò)程壓強(qiáng)和冷卻的均勻性難以保證、薄玻璃鋼化難以達(dá)到所需的冷卻速度等問(wèn)題。為了克服現(xiàn)有平板玻璃鋼化淬冷系統(tǒng)的不足，探究玻璃淬冷過(guò)程中各個(gè)工藝參數(shù)對(duì)鋼化效果的影響及整個(gè)淬冷系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，本文采用數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，對(duì)平板玻璃鋼化淬冷系統(tǒng)進(jìn)行分析研究。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)根據(jù)淬冷系統(tǒng)的實(shí)際工況

3、，以實(shí)際生產(chǎn)線的尺寸為基礎(chǔ)，建立包括風(fēng)管、風(fēng)箱和風(fēng)柵等數(shù)值仿真模型?？紤]到淬冷系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)的流動(dòng)性和風(fēng)嘴對(duì)玻璃表面壓力作用效果，采用分段建模的思想對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，并截取兩條相鄰風(fēng)柵作為數(shù)值仿真的主要研究模型。
　　(2)通過(guò)工廠實(shí)地采集模型的初始條件和邊界條件，確定仿真使用的數(shù)學(xué)模型，完成了對(duì)包括通過(guò)段風(fēng)管及風(fēng)箱、冷卻段風(fēng)管及風(fēng)箱、通過(guò)段上下風(fēng)柵單元、冷卻段上下風(fēng)柵單元在內(nèi)的6部分進(jìn)行流場(chǎng)的模擬仿真。得到了各部分流場(chǎng)的速度、壓

4、強(qiáng)分布情況，發(fā)現(xiàn)了由于結(jié)構(gòu)引起冷卻段上風(fēng)柵入口速度大于下風(fēng)柵速度等特征。
　　(3)在流場(chǎng)仿真的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有對(duì)射流沖擊平板換熱的研究，針對(duì)鋼化過(guò)程的獨(dú)有特征，對(duì)淬冷系統(tǒng)中空氣射流沖擊高溫平板玻璃強(qiáng)制對(duì)流換熱進(jìn)行模擬研究，得到了玻璃表面的局部對(duì)流傳熱系數(shù)和壓強(qiáng)分布，發(fā)現(xiàn)風(fēng)嘴正對(duì)處對(duì)流傳熱系數(shù)和壓強(qiáng)明顯大于其他區(qū)域，且壓強(qiáng)與對(duì)流換熱系數(shù)存在正相關(guān)性。同時(shí)，以對(duì)流換熱模擬得到的玻璃表面平均對(duì)流換熱系數(shù)238 W/(m2· K)為邊界

5、條件，對(duì)玻璃進(jìn)行瞬態(tài)熱分析，得到玻璃在150s內(nèi)溫度分布，在8s時(shí)產(chǎn)生最大溫度差147℃。
　　(4)通過(guò)將工廠生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)功率設(shè)置為額定功率的65％、80％、95％，運(yùn)行穩(wěn)定后對(duì)風(fēng)機(jī)出口、風(fēng)嘴進(jìn)行壓強(qiáng)和流速的數(shù)據(jù)采集，通過(guò)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析以驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。驗(yàn)證結(jié)果表明，仿真模型具有良好的精確度。利用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的模型，研究風(fēng)嘴形狀、風(fēng)嘴到玻璃距離、風(fēng)嘴密度等因素對(duì)淬冷系統(tǒng)流場(chǎng)的影響，得到錐形風(fēng)嘴可改善玻璃表面流場(chǎng)