辊道窑挡火板开度对预热带气流影响的数值研究_冯青

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1、第42卷第4期中国陶瓷Vol.42No.42006年4月Apr.2006研究与开发文章编号：1001-9642（2006）04-0026-05辊道窑挡火板开度对预热带气流影响的数值研究冯青，李柯，汪和平，宫小龙（景德镇陶瓷学院热能工程系，景德镇333001）【摘要】：建立了辊道窑预热带内挡火板开度的以水平方向通过挡火板与挡火墙，挡火墙的设置不变，二维物理模型，采用标准k-ε两方程湍流模型对预热只改变挡火板的开度；以辊棒的中心线为界限，挡火带中气体流动进行模拟，并用计算流体力学软件Fluent板下端到中心线的距离即为开度h。辊道窑是连续性

2、进行数值计算及结果的后处理，研究了不同的挡火板开度对预热带内气体流动的影响。生产窑炉，在一般正常生产条件下，其窑内热工参数相对稳定[5]，可将窑内烟气流动视为准定常流动，采用【关键词】：辊道窑，k-ε模型，气体流动，数值模拟标准k-ε两方程湍流模型进行模拟。维直角坐标系中k-ε模型的控制方程为[6]：1前言辊道窑是一种先进的连续式窑炉，具有烧成周期(1)短，节约能源，利于机械化和自动化的特点[1]。但由于窑内温差较大，温度不均匀造成的产品质量问题仍然比较严重，如在预热带截面高度上温度分布的分层现对u、ν、w、k、ε、T广义扩散系数为：象

3、就比较严重，有几十度甚至上百度[2]。目前，国内辊道窑多在窑顶设置挡火板，相应在辊道下设置挡火墙来提高辊道窑的可调性，减小窑内的温差；其中挡火墙的高度一般固定，挡火板则可以根据不同需要调节开度。实践证明，在预热带设置挡火板和挡火墙，可造成热烟气上下循环运动，有效地防止热烟气沿窑顶流向上排烟口，减少上下分层现象[3－4]。为了充分了解挡火板开度对预热带气流的影响，本文采用数值模拟方法，应用计算流体软件Fluent，研究了不同的挡火板开度对预热带窑内气流流动的影响。源项为：2数值计算模型2.1物理模型与数学模型文章选取气烧明焰辊道窑预热带中

4、的一节，采用一字式挡火板，具体结构布置如图1所示。窑内气流T:S按实际问题而定其中k-ε模型中的系数可按表1取值：图1闸板开度示意图表1标准k-ε两方程模型常数[7]Table1Constantsofthestandardk-ε收稿日期：2005-12-25turbulencemode1基金项目：江西省自然科学基金作者简介：冯青，景德镇陶瓷学院硕士生导师，教授。26│中国陶瓷│CHINACERAMICS│2006(42)第4期2006年第4期中国陶瓷2.2边界条件和数值解法着比较明显的作用，故文章选取这一温度段作为模拟的对象。700℃烟

5、气的物性参数[9]如表2所示。辊道窑在预热带700℃左右开始进入氧化阶段，是实现最佳烧成的重要控制阶段[8]，在此设置挡火板有设置入口边界类型为速度入口，入口速度根据计表2辊道窑内烟气的物性参数Table2Materialparametersofthesmokegasinrollerkiln算设为0.8m/s，在此为了更好的模拟实际工况，将入口温度以10℃为一个梯度，从上至下分为四个温度段（即700℃、690℃、680℃、670℃）；设置出口边界类型为压力出口，出口压力参照文献[10]设为－6Pa，温度为695℃，入口与出口处紊乱度均设

6、为5％。利用计算流体软件Fluent进行数值模拟及求解。首先在其前处理模块GAMBIT2.0上采用三角形、非结构化网格对物理模型进行网格划分，对挡火板及挡火墙附近的网格进行加密，网格划分如图2所示，在Fluent6.0中将网格导入，输入初始条件，湍流模型选图3h=10cm时的温度分布Fig.3Distributionofthetemperature(h=10cm)图2开度为10cm的三角形非结构网格划分图Fig.2Distributionofunstructuredtrianglemeshs(h=10cm)图4h=15cm时的温度分布用

7、标准两方程模型，采用SIMPLE算法求解压力－速Fig.4Distributionofthetemperature(h=15cm)度耦合。动量、组分、湍动能、和湍流耗散率的离散格式均取一阶迎风差分格式，而能量离散格式则采用了二阶迎风差分格式，设定其松弛因子为0.8，以求取得更高的精度。3　计算结果与分析通过Fluent软件计算及结果的后处理，得到了挡火板开度为10㎝、15㎝、20㎝时模型内的温度、速度的等高线分布图及相应的XY曲线图。3.1挡火板开度对气流温度分布的影响图3、图4、图5分别表示开度为10㎝、15㎝、20㎝时的模型内温度分

8、布图由图3、4、5的温度分布图可以看到，在水平方图5h=20cm时的温度分布向上，图3温度等高线分布呈现明显的渐缩渐扩分布，Fig.5Distributionofthetemperature(h=20cm)