巖棉生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、巖棉作為一種綠色環(huán)保的保溫材料，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注，國(guó)內(nèi)乃至全球的巖棉產(chǎn)量逐年增加。但由于巖棉生產(chǎn)過(guò)程中相關(guān)流場(chǎng)的復(fù)雜性，對(duì)巖棉生產(chǎn)過(guò)程的研究一直落后于生產(chǎn)應(yīng)用。隨著對(duì)巖棉需求的上升，巖棉生產(chǎn)企業(yè)迫切需求一套更加先進(jìn)完善的方法來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。
　　沖天爐和成絲室作為巖棉生產(chǎn)中熔制和成纖這兩個(gè)最重要環(huán)節(jié)所用的設(shè)備，其工作過(guò)程受多種因素的綜合影響，比如助燃空氣含氧量、進(jìn)風(fēng)速度、進(jìn)風(fēng)方式等，因此巖棉生產(chǎn)企業(yè)對(duì)沖天爐和成

2、絲室內(nèi)的工作狀態(tài)缺乏深層次的認(rèn)識(shí)，目前的操作基本上是按照經(jīng)驗(yàn)和慣例進(jìn)行，不利于深入研究與發(fā)展，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究方法則需要大量的人力、物力和財(cái)力。
　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及多相流動(dòng)理論的完善，流場(chǎng)的數(shù)值模擬技術(shù)已成為研究、分析、調(diào)節(jié)和優(yōu)化相關(guān)設(shè)備內(nèi)部流場(chǎng)的重要手段，并在工程實(shí)際中發(fā)揮出越來(lái)越重要的作用。數(shù)值模擬方法也日漸成為研究巖棉生產(chǎn)過(guò)程中相關(guān)問(wèn)題的有效途徑，該法具有成本低、效率快、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)，可以配合生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，詳

3、細(xì)揭示沖天爐和成絲室中流場(chǎng)的信息，為實(shí)際生產(chǎn)帶來(lái)一定的指導(dǎo)。因此，為了研究巖棉生產(chǎn)沖天爐、成絲室內(nèi)流場(chǎng)的相關(guān)問(wèn)題，本文通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的方法，對(duì)沖天爐及成絲室內(nèi)的流場(chǎng)展開(kāi)研究。本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)針對(duì)目前巖棉生產(chǎn)企業(yè)所廣泛采用的一種典型結(jié)構(gòu)成絲室，本文依照氣固兩相流動(dòng)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)等相關(guān)理論，利用歐拉—拉格朗日法對(duì)成絲室內(nèi)氣固兩相流動(dòng)建立數(shù)學(xué)模型。通過(guò)模擬計(jì)算得到不同吹離風(fēng)翅片角度、誘導(dǎo)風(fēng)入口

4、尺寸對(duì)成絲室內(nèi)流場(chǎng)的影響，進(jìn)而得到不同工況條件對(duì)集棉均勻度及廢品率的影響:成絲室內(nèi)氣相場(chǎng)主要由誘導(dǎo)風(fēng)和吹離風(fēng)組成，其中誘導(dǎo)風(fēng)占總風(fēng)量的90％以上;經(jīng)合理設(shè)計(jì)的綜合角度吹離風(fēng)翅片在顯著提升集棉鼓集棉均勻度的同時(shí)能顯著降低成絲室的廢品率，使用綜合角度翅片比35°單一角度翅片廢品率低3.7％;隨著下誘導(dǎo)風(fēng)進(jìn)口尺寸的增大，下誘導(dǎo)風(fēng)量也隨之增大，但下誘導(dǎo)風(fēng)進(jìn)口處的平均風(fēng)速卻隨之降低，下誘導(dǎo)風(fēng)入口尺寸為4m×1.79m的進(jìn)口風(fēng)速為4.79m/s，而

5、下誘導(dǎo)風(fēng)入口尺寸為2.5m×0.8m的進(jìn)口風(fēng)速達(dá)到11.63m/s;隨著下誘導(dǎo)風(fēng)進(jìn)口尺寸的增大，成絲室廢品率降低，下誘導(dǎo)風(fēng)入口尺寸為4m×1.79m與2.5m×0.8m的相比較，廢品率降低2.2％;下誘導(dǎo)風(fēng)進(jìn)口尺寸的變化對(duì)集棉鼓集棉的均勻度影響不大。
　　(2)針對(duì)成絲室內(nèi)存在渦流，使得廢品率較高的問(wèn)題，研究探討了一種優(yōu)化成絲室內(nèi)流場(chǎng)的新方法，通過(guò)改變誘導(dǎo)風(fēng)“自由”進(jìn)風(fēng)的方式，在誘導(dǎo)風(fēng)入口處增加導(dǎo)流裝置，能夠減小吹離風(fēng)與下誘導(dǎo)風(fēng)交

6、界處的渦流區(qū)域，同時(shí)，下誘導(dǎo)風(fēng)在導(dǎo)流板作用下具有一個(gè)向上的分速度，也將減緩巖棉纖維的下落，在這兩方面的共同作用下，廢品率降低，生產(chǎn)效率提高。通過(guò)不同角度導(dǎo)流板工況下巖棉生產(chǎn)廢品率的比較，確定導(dǎo)流板的最佳角度為20°～30°。
　　(3)針對(duì)目前巖棉生產(chǎn)企業(yè)所廣泛采用的一種典型結(jié)構(gòu)沖天爐，本文依照化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)等相關(guān)理論，利用雙歐拉法對(duì)沖天爐內(nèi)氣固兩相流動(dòng)及化學(xué)反應(yīng)建立數(shù)學(xué)模型。通過(guò)模擬計(jì)算得到不同助燃空氣進(jìn)風(fēng)速度

7、、助燃空氣含氧量對(duì)沖天爐內(nèi)溫度分布的影響:隨著助燃空氣進(jìn)風(fēng)速度的增大及助燃空氣中含氧量的上升，爐內(nèi)高溫區(qū)域也隨之增大，爐內(nèi)焦炭燃燒更加充分，物料熔化也更加充分，但過(guò)高的助燃空氣進(jìn)風(fēng)速度將產(chǎn)生過(guò)高的排氣熱損失，過(guò)高的助燃空氣含氧量在產(chǎn)生過(guò)高排氣損失的同時(shí)也提高了制氧費(fèi)用。綜合物料熔化、沖天爐安全運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)性等因素，助燃風(fēng)最佳進(jìn)風(fēng)速度為6m/s～9m/s，，最佳含氧量為23％～25％。
　　(4)由于開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的困難性，模擬結(jié)果雖然無(wú)法