玻璃電熔窯工作模擬方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及玻璃電熔窯原理技術領域，尤其涉及一種玻璃電熔窯工作模擬方法及 其應用。
【背景技術】
[0002] TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶體管)式顯示屏是各類筆記本電腦和臺式機 上的主流顯示設備，因此TFT液晶玻璃基板需求量較大。制備TFT液晶玻璃基板的通常爐型 為5-30噸/天，TFT液晶玻璃基板的厚度一般為0.3mm-0.7mm，是一種高強高硬材料，成分中 不含堿，玻璃熔化溫度不低于在1580°C，不含鐵等著色粒子，無色高透過率，高溫電導率很 低。在液晶玻璃基板制程中，窯爐熔化池是對玻璃進行熔化的設備。火焰燃燒能夠熔化配合 料，加熱熔化池上部玻璃液的溫度，電熔進一步提高玻璃內部溫度。
[0003] 在常規玻璃生產越來越過剩的時代，利用電熔窯爐生產特種玻璃是一種大的趨 勢，但是電熔窯爐生產難度很大，存在大量無法生產出合格產品的電熔窯爐。隨著計算流體 力學(CFD)和電子計算機技術的發展，利用數值模擬的方法對玻璃窯爐進行仿真研究正越 來越受到人們的重視，也取得了很大的進步，利用數值模擬的方法，對玻璃窯爐生產工藝進 行優化也正在被越來越多的人研究，特別是進行電熔窯爐的數值模擬正越來越受到重視。
[0004] 分析研究TFT玻璃電熔窯的設計原理以及工藝運行原理，原來都是工藝人員長期 經驗的積累，需要經歷在生產線上長期的實踐才能摸索出來，摸索其間一搬都沒有良品，具 有很大的資金成本和時間成本。
[0005] 在工程應用中要確定合適的爐型和最優化窯爐的能量分配方式并不是個簡單的 問題，還需要根據窯爐類型、溫度場分布等條件進行分析計算。
[0006]通常進行玻璃電熔窯數學模擬，都需要依靠國外的相關公司，他們都有自己設計 的專業軟件。采用國外的軟件培訓麻煩，軟件成本高，服務成本也高，應用范圍小，并且有大 量不成熟的地方，用戶之間缺少交流。另外一些公司直接購買服務，提供模型和邊界條件， 讓國外專業模擬公司進行相應的模擬，通常需要經過好幾輪的模擬，每一次都應經過報價， 談判等程序，時間長，程序復雜，交流也不方面，成本也非常高昂。大部分的公司基本不做模 擬，對相關熔窯的原理掌握很少，全靠實踐經驗積累，需要長時間的摸索，許多電熔窯爐長 期無法正常生產。
[0007] 目前也有應用fluent軟件進行玻璃熔窯燃燒空間數學模擬，但是效果不太理想， 不能滿足TFT液晶玻璃基板的高要求。
【發明內容】
[0008] 有鑒于此，本發明實施例提供一種玻璃電熔窯工作模擬方法及其應用，主要目的 是低成本解析電熔窯工作原理。
[0009] 為達到上述目的，本發明主要提供如下技術方案：
[0010] -方面，本發明實施例提供了一種玻璃電恪窯工作模擬方法，所述方法基于 fluent軟件，包括如下步驟：
[0011] 以玻璃熱工窯爐為原型建立玻璃液幾何模型，劃分網格，所述模型和網格中，電極 面與相鄰絕緣的耐火材料區域劃出分界線，以便添加電場模塊；
[0012] 根據生產實際情況，對接觸玻璃液的各部位設置邊界條件，其中電極面添加電壓 邊界條件；
[0013] 模擬玻璃液的溫度場、流動場和電場，得到爐窯內不同區域的玻璃液溫度場分布、 空間火焰溫度場分布和速度場分布情況；
[0014] 初始玻璃液面溫度分布采用山形溫度制度，最終曲線根據模擬耦合并經曲線擬合 得出，利用用戶自定義函數導入計算;玻璃液隨溫度變化的電導率曲線、粘度曲線和導熱系 數事先進行測量，通過自定義函數導入模型。
[0015] 作為優選，玻璃液采取k-ε模型湍流模型，輻射傳熱采用D0模型，電加熱采用電磁 模型。
[0016] 作為優選，使用ANSYS ICEM-Cro劃分網格。
[0017] 作為優選，玻璃液邊界條件設定如下:玻璃液入口類型為速度入口類型，出口為壓 力出口類型;玻璃液面溫度分布采用山形溫度制度，依據經驗及工藝要求制定數據，之后通 過熱耦合逐步改變，利用曲線擬合工具進行擬合，得到熱流量分布函數，用UDF(用戶自定義 函數)給出;壁面采用熱流邊界條件;電極采用指定電壓邊界條件。
[0018] 作為優選，壁面采用恒溫邊界條件，溫度為1800K。
[0019]作為優選，玻璃液入口的質量流入口速度330kg/h ;出口為壓力出口，壓力為 20000pa〇
[0020] 作為優選，依據TFT窯爐玻璃液最高溫度不低于1580 °C的要求，制定了玻璃液最高 溫度在1590±10°C，依據山型溫度制度以及窯爐的特點，最高溫度定在窯爐2/3位置處，依 據火焰空間現場測定數據進行料山泡沫線，玻璃液表面溫度的邊界條件設定。
[0021] 作為優選，泡界線位于熱點前10cm〇
[0022] 另一方面，本發明實施例提供了一種上述實施例所述的玻璃電熔窯工作模擬方法 在優化窯爐設計和/或優化玻璃生產工藝中的應用。
[0023] 與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
[0024]本發明實施例的本發明使用一種常規的軟件fluent，實現專業軟件同樣的功能。 以數值模擬為手段，結合玻璃液的性質，以及生產實際經驗，更好的研究TFT玻璃電熔窯的 基本原理。本發明要解決的技術問題是使用一種常規軟件，提供一種通過計算機數值模擬 的方法，研究TFT玻璃電熔窯的基本原理的方法，優化溫度場和玻璃液的流場分布。得出一 種可靠的窯爐設計優化依據，可靠的玻璃窯爐能量的分配方法，以及日常的工藝控制原則， 能夠提高能量利用率，節省玻璃生產成本，降低工藝控制難度。本發明的有益成果就是投資 少、成本低、可靠性強、易于操作。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明實施例的流程示意圖。
[0026]圖2為本發明實施例玻璃液空間模型及網格三維圖。
[0027]圖3為本發明實施例的玻璃液空間電極截面溫度分布圖。
[0028] 圖4為本發明實施例的玻璃液空間電極截面速度分布圖。
[0029] 圖5為本發明實施例的玻璃液空間電極截面速度矢量分布圖。
[0030] 圖6為本發明實施例的玻璃液空間中截面溫度分布圖。
[0031 ]圖7為本發明實施例的玻璃液空間中截面速度分布圖。
[0032]圖8為本發明實施例的玻璃液空間中截面速度矢量分布圖。
[0033]圖9為本發明實施例的玻璃液三維空間流線圖。
[0034]圖10為本發明實施例的玻璃液三維空間電流密度分布圖。
[0035]圖11為本發明實施例的玻璃液三維空間電場強度分布圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細描述，但不作為對本發明的限定。在 下述說明中，不同的"一實施例"或"實施例"指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施 例中的特定特征、結構、或特點可由任何合適形式組合。
[0037] 圖1為本發明實施例的玻璃電熔窯工作模擬方法及其應用的流程示意圖。參見圖 1，玻璃電熔窯工作模擬方法，該模擬方法基于fluent軟件，包括如下步驟：
[0038] 以玻璃熱工窯爐為原型建立玻璃液幾何模型，劃分網格，所述模型和網格中，電極 面與相鄰絕緣的耐火材料區域劃出分界線，以便添加電場模塊；
[0039] 根據生產實際情況，對接觸玻璃液的各部位設置邊界條件，其中電極面添加電壓 邊界條件；
[0040] 模擬玻璃液的溫度場、流動場和電場，得到爐窯內不同區域的玻璃液溫度場分布、 空間火焰溫度場分布和速度場分布情況；
[0041] 初始玻璃液面溫度分布采用山形溫度制度，最終曲線根據模擬耦合并經曲線擬合 得出，利用用戶自定義函數導入計算;玻璃液隨溫度變化的電導率曲線、粘度曲線和導熱系 數事先進行測量，通過自定義函數導入模型。
[0042] 本發明實施例通過常規的軟件fluent實現專業軟件同樣的功能。在模擬的基礎上 逐步優化設計方案，調整總能量以及能量分配，以