一種罐式煅燒爐的仿真計算方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種仿真計算方法，尤其涉及罐式煅燒爐的仿真計算模型。
【背景技術】
[0002]罐式煅燒爐是預焙陽極生產過程中的主要熱工設備，罐式煅燒爐設計的優劣對預焙陽極的生產質量有重要的影響。罐式煅燒爐內存在燃燒、對流、熱傳導、輻射等復雜的熱工過程，研究開發過程中長期采用的經驗算法已經不能適應現代預焙陽極罐式煅燒爐開發的需要。傳統的罐式煅燒爐開發采用經驗數據粗略估算，不清楚爐內真實的熱工狀況，造成生產過程中熱效率低、溫度分布不均勻、產品質量差。隨著仿真數值計算在越來越多的領域得到應用，采用計算機輔助模擬的方法來分析罐式煅燒爐成為可能，如果能夠建立合理的物理模型(物理模型不合適的結果要么導致模擬偏離實際情況，要么導致后續的計算耗時過長)，配合恰當的數學模型(數學模型選擇不當的話，會導致不收斂又或是偏差過大)來解算，那么就能在很大程度上接近罐式煅燒爐的實際工況，確定設計參數，從而開發出結構合理的罐式煅燒爐。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的問題是:提供一種罐式煅燒爐的仿真計算方法，模擬計算罐式煅燒爐內真實的熱工狀況，克服因采用經驗數據粗略估算造成的生產過程中熱效率低、溫度分布不均勻、產品質量差的問題。
[0004]本發明采用的技術方案是:利用現代仿真計算的方法對罐式煅燒爐內的熱工狀況進行模擬，為研究開發提供數值計算的理論依據，推薦經濟合理的罐式煅燒爐。
[0005]仿真過程包括采用建模軟件Design Modeler建立罐式煅燒爐的計算區域，即選取罐式煅燒爐一組的四分之一或二分之一作為模型區域建立物理模型，罐式煅燒爐物理模型包含火道、料箱、冷卻水套、揮發份道、壓縮空氣道及耐火、保溫結構。采用網格劃分軟件Meshing將計算區域離散化，建立網格，物理模型網格采用六面體結構化網格劃分。將網格信息導入流體仿真軟件Fluent中進行數值計算，采用的數學模型包含k_ ε湍流模型、輻射傳熱模型和非預混燃燒模型，經計算收斂后，采用后處理軟件Results對計算結果進行分析研究。
[0006]為了盡可能準確的模擬罐式煅燒爐，節省計算時間和方便建立模型，合理的選擇計算區域顯得非常重要，本發明選取罐式煅燒爐一組的四分之一或二分之一作為模型區域。當計算區域選定后，需要確定有重要影響因素的部件來建立模型，例如本發明中提到的火道、料箱、冷卻水套、揮發份道、壓縮空氣道及耐火、保溫結構。
[0007]本發明的優點體現在采用數值計算的手法對傳統的罐式煅燒爐進行開發研究，研究成本低，能模擬復雜熱工過程，進行一次數值模擬相當于一次數值試驗，減少昂貴的試驗費用，開發周期短，能夠得到罐式煅燒爐內完整翔實的數據，能以生動形象的形式展示計算結果。
【附圖說明】
[0008]圖1為發明的流程圖。
【具體實施方式】
[0009]實施例1
如圖1所示，選取罐式煅燒爐一組的四分之一，即兩個料箱切一半、相鄰的一條火道作為計算區域，采用建模軟件Design Modeler建立罐式煅燒爐的計算區域物理模型,物理模型包含火道、料箱、冷卻水套、揮發份道、壓縮空氣道及耐火、保溫結構，再將計算區域分割成數個六面體，然后形成一個多體零件。將幾何模型導入網格劃分軟件Meshing中將計算區域離散化，采用網格控制技術控制網格結構及幾何尺寸，建立六面體結構化網格，并在Meshing軟件中命名各個邊界及氣固區域,生成可導入Fluentl4.0求解器中的msh網格文件。將網格文件導入數值求解軟件FluentH.0中，設置數學模型，首先啟用能量方程，再選擇k- ε湍流模型，選擇P-1輻射模型，設置非預混燃燒模型，創建耐火磚、煅燒物料的材料熱物性參數，設定氣固相的流體條件，設置進口、出口、壁面邊界條件參數，設置SIMPLE流場求解算法，選擇二階離散格式，默認松弛因子，最后對流場初始化，開始求解，監視殘差，當監視達到收斂判據，且物量和能量已經平衡，則計算結束。將計算結果導入后處理軟件Results中進行后處理，顯示壓力、溫度、濃度等值線圖，速度矢量圖，某個面的溫度、壓力曲線圖。若計算結果不收斂，則重新檢查模型的網格質量、數學模型，若是網格質量不佳，則需重新劃分模型網格，再生成網格文件，再次在Fluentl4.0中求解。
[0010]實施例2
如圖1所示，選取罐式煅燒爐一組的二分之一，即兩個料箱、相鄰的兩條火道作為計算區域，采用建模軟件Design Modeler建立罐式煅燒爐的計算區域物理模型,物理模型包含火道、料箱、冷卻水套、揮發份道、壓縮空氣道及耐火、保溫結構，再將計算區域分割成數個六面體，然后形成一個多體零件。將幾何模型導入網格劃分軟件Meshing中將計算區域離散化，采用網格控制技術控制網格結構及幾何尺寸，建立六面體結構化網格，并在Meshing軟件中命名各個邊界及氣固區域，生成可導入FluentH.0求解器中的msh網格文件。將網格文件導入數值求解軟件Fluent 14.0中，設置數學模型，首先啟用能量方程，再選擇k_ ε湍流模型，選擇p-ι輻射模型，設置非預混燃燒模型，創建耐火磚、煅燒物料的材料熱物性參數，設定氣固相的流體條件，設置進口、出口、壁面邊界條件參數，設置SIMPLE流場求解算法，選擇二階離散格式，默認松弛因子，最后對流場初始化，開始求解，監視殘差，當監視達到收斂判據，且物量和能量已經平衡，則計算結束。將計算結果導入后處理軟件Results中進行后處理，顯示壓力、溫度、濃度等值線圖，速度矢量圖，某個面的溫度、壓力曲線圖。若計算結果不收斂，則重新檢查模型的網格質量、數學模型，若是網格質量不佳，則需重新劃分模型網格，再生成網格文件，再次在Fluentl4.0中求解。
【主權項】
1.一種罐式煅燒爐的仿真計算方法，其特征在于，包括如下步驟:1)選取罐式煅燒爐一組的四分之一或二分之一作為模型區域，采用建模軟件Design Modeler和網格劃分軟件Meshing建立物理模型；2)采用流體仿真軟件Fluent建立數學模型；3)采用后處理軟件Results分析結果。
2.根據權利要求1所述的一種罐式煅燒爐的仿真計算方法，其特征在于:物理模型包含火道、料箱、冷卻水套、揮發份道、壓縮空氣道及耐火、保溫結構。
3.根據權利要求2所述的一種罐式煅燒爐的仿真計算方法，其特征在于:物理模型網格采用六面體結構化網格劃分。
4.根據權利要求3所述的一種罐式煅燒爐的仿真計算方法，其特征在于:數學模型包含k- ε湍流模型、輻射傳熱模型和非預混燃燒模型。
【專利摘要】本發明公開了一種罐式煅燒爐的仿真計算方法，模型采用建模軟件DesignModeler建立計算區域，網格劃分軟件Meshing離散計算區域，流體仿真軟件Fluent數值求解，后處理軟件Results進行結算結果分析。仿真模型采用現代仿真計算的方法對罐式煅燒爐內的熱工狀況進行模擬，為研究開發提供數值計算的理論依據，推薦經濟合理的罐式煅燒爐。該模型具有研究成本低，能模擬復雜熱工過程，減少昂貴的試驗費用，開發周期短，能夠得到罐式煅燒爐內完整翔實的數據，能以生動形象的形式展示計算結果等優勢。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104778289
【申請號】CN201410014701
【發明人】張忠霞
【申請人】貴陽鋁鎂設計研究院有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2014年1月14日