巖棉生產(chǎn)過程相關流場的數(shù)值模擬研究.pdf

1、巖棉作為一種綠色環(huán)保的保溫材料，應用領域十分廣泛，近年來受到廣泛關注，國內(nèi)乃至全球的巖棉產(chǎn)量逐年增加。但由于巖棉生產(chǎn)過程中相關流場的復雜性，對巖棉生產(chǎn)過程的研究一直落后于生產(chǎn)應用。隨著對巖棉需求的上升，巖棉生產(chǎn)企業(yè)迫切需求一套更加先進完善的方法來指導生產(chǎn)實踐。
　　沖天爐和成絲室作為巖棉生產(chǎn)中熔制和成纖這兩個最重要環(huán)節(jié)所用的設備，其工作過程受多種因素的綜合影響，比如助燃空氣含氧量、進風速度、進風方式等，因此巖棉生產(chǎn)企業(yè)對沖天爐和成

2、絲室內(nèi)的工作狀態(tài)缺乏深層次的認識，目前的操作基本上是按照經(jīng)驗和慣例進行，不利于深入研究與發(fā)展，而傳統(tǒng)的實驗研究方法則需要大量的人力、物力和財力。
　　隨著計算機技術的發(fā)展及多相流動理論的完善，流場的數(shù)值模擬技術已成為研究、分析、調(diào)節(jié)和優(yōu)化相關設備內(nèi)部流場的重要手段，并在工程實際中發(fā)揮出越來越重要的作用。數(shù)值模擬方法也日漸成為研究巖棉生產(chǎn)過程中相關問題的有效途徑，該法具有成本低、效率快、準確性高等優(yōu)點，可以配合生產(chǎn)及實驗進行研究，詳

3、細揭示沖天爐和成絲室中流場的信息，為實際生產(chǎn)帶來一定的指導。因此，為了研究巖棉生產(chǎn)沖天爐、成絲室內(nèi)流場的相關問題，本文通過計算機數(shù)值模擬的方法，對沖天爐及成絲室內(nèi)的流場展開研究。本文主要研究內(nèi)容及結論包括以下幾個方面:
　　(1)針對目前巖棉生產(chǎn)企業(yè)所廣泛采用的一種典型結構成絲室，本文依照氣固兩相流動、傳熱學、流體力學等相關理論，利用歐拉—拉格朗日法對成絲室內(nèi)氣固兩相流動建立數(shù)學模型。通過模擬計算得到不同吹離風翅片角度、誘導風入口

4、尺寸對成絲室內(nèi)流場的影響，進而得到不同工況條件對集棉均勻度及廢品率的影響:成絲室內(nèi)氣相場主要由誘導風和吹離風組成，其中誘導風占總風量的90％以上;經(jīng)合理設計的綜合角度吹離風翅片在顯著提升集棉鼓集棉均勻度的同時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％;隨著下誘導風進口尺寸的增大，下誘導風量也隨之增大，但下誘導風進口處的平均風速卻隨之降低，下誘導風入口尺寸為4m×1.79m的進口風速為4.79m/s，而

5、下誘導風入口尺寸為2.5m×0.8m的進口風速達到11.63m/s;隨著下誘導風進口尺寸的增大，成絲室廢品率降低，下誘導風入口尺寸為4m×1.79m與2.5m×0.8m的相比較，廢品率降低2.2％;下誘導風進口尺寸的變化對集棉鼓集棉的均勻度影響不大。
　　(2)針對成絲室內(nèi)存在渦流，使得廢品率較高的問題，研究探討了一種優(yōu)化成絲室內(nèi)流場的新方法，通過改變誘導風“自由”進風的方式，在誘導風入口處增加導流裝置，能夠減小吹離風與下誘導風交

6、界處的渦流區(qū)域，同時，下誘導風在導流板作用下具有一個向上的分速度，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。通過不同角度導流板工況下巖棉生產(chǎn)廢品率的比較，確定導流板的最佳角度為20°～30°。
　　(3)針對目前巖棉生產(chǎn)企業(yè)所廣泛采用的一種典型結構沖天爐，本文依照化學反應動力學、傳熱學、流體力學等相關理論，利用雙歐拉法對沖天爐內(nèi)氣固兩相流動及化學反應建立數(shù)學模型。通過模擬計算得到不同助燃空氣進風速度

7、、助燃空氣含氧量對沖天爐內(nèi)溫度分布的影響:隨著助燃空氣進風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，但過高的助燃空氣進風速度將產(chǎn)生過高的排氣熱損失，過高的助燃空氣含氧量在產(chǎn)生過高排氣損失的同時也提高了制氧費用。綜合物料熔化、沖天爐安全運行及經(jīng)濟性等因素，助燃風最佳進風速度為6m/s～9m/s，，最佳含氧量為23％～25％。
　　(4)由于開展實驗的困難性，模擬結果雖然無法