硅碳棒隧道窑窑车加热过程中内部温度场进行仿真研究
以计算机为媒介,运用Visual Basic语言编程结合相关热工计算过程,对硅碳棒隧道窑窑车加热过程中内部温度场进行仿真研究。将计算机仿真结果用来指导硅碳棒窑炉热工行业,可以有效地减轻实验的劳动强度,提高实验的可行性和可操作性。在硅碳棒窑炉砌筑方面,为硅碳棒窑炉工作者砌筑轻质、节能的窑车提供比较可靠的依据。
硅碳棒隧道窑是一种比较先进的、机械化、自动化程度高、能耗低的热工设备。其中窑车式硅碳棒隧道窑得到了最为广泛的应用。日用瓷、建筑卫生瓷、电子陶瓷、耐火材料以及模具工业都采用这种硅碳棒隧道窑都采用硅碳棒隧道窑烧成。但是窑车式硅碳棒隧道窑具有严重的缺陷即窑车笨重,并且在其随着装载制品一起经过硅碳棒隧道窑被加热及冷却的过程中处于非稳态导热过程,加热时它阻碍和延迟升温,消耗大量热能;冷却时它阻碍和延迟降温,虽然放出热量,但不能很好利用。
针对上述不足,利用计算机对窑车在加热过程中的内部温度场进行模拟,方便的模拟出窑车的最佳厚度及组合材料,以达到减轻窑车重量、节能等目的。
简化假设
窑车砌筑材料一般都比较复杂,对于这种情况,要模拟窑车材料内部温度场分布,有必要进行一些适当的简化假设。
(1)窑车上表面温度按给定制品烧成温度曲线计算。
(2)忽略各层材料之间的接触热阻。高温情况下由于窑车各层材料间有较强的辐射传热,可忽略接触热阻对模拟结果影响。
(3)窑车砌筑材料沿厚度方向上导热过程按一维非稳态传热计算。
(4)假定窑车各砌筑材料的物性参数不随温度变化而改变,即认为是常物性参数。
数学模型的建立导热微分方程
笛卡儿坐标系下导热微分方程的通式为:
窑车材料的导热在厚度方向上的温差远大于其他方向上的温差,所以可以简化为一维非稳态、无内热源的导热过程,窑车上表面的温度由制品烧成曲线给出。
导热微分方程组简化为:
上式中各项的含义如下:
环境温度t(L,动:表示距窑车上表面处(窑车底部)在时刻的温度值窑内烟气的温度随时间变化的函数窑车底部与环境的综合换热系数入,p ,C:分别表示材料的导热系数、密度、比热系数(其中导热系数、比热系数都是常物性参数)空间区域与时间区域的离散化格式由于硅碳棒隧道窑窑车有多层材料,窑车厚度方向上可视为多层平壁的导热,所以要将窑车厚度方向视为一个整体,用i(i=0,1, 2, 3二50)将区域O}x(500n1m离散化,取均一距离步长△x= l Omm ,用节点n (n=0,1,2,3,590)将时间区域OS T(590min离散化,取均一时间步长△T二1 min,时间离散点标记为T0T1T2T3…T n,边界节点为ToT令时间步长为△T,则这样,定解问题所对应的连续性区域就变成了一系列的离散点Tn (n=0,1,2,3w)及x1 (i=0,1,2)。为了书写方便,将T。简记为n,将x;简记为i,将T。时刻、X.处的温度简记为t.0i,在这里上、下两个角标各表示时刻和位置。根据不同的具体问题,只要n和i足够大,即时间和空间步长分得足够小,集合tln便可以代表t(x)的精确分布情况。http://www.zbqunqiang.cn/
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