陶瓷窑炉的设计和操作水平直接影响着制品的烧成质量和能耗,为达到“优质、高产、低消耗”的优化目标,开展陶瓷窑炉内流场的数字模拟研究具有理论和实用意义。但是由于影响陶瓷窑炉生产过程的因素十分复杂,对其进行完全的工程实验研究十分困难。而然,随着计算机技术的发展,以计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)为基础的数值模拟方法却使之成为可能。其耗费省,速度快、效率高,并能在一定条件下模拟真实条件和理想条件。 本文利用计算流体力学商业软件FLUENT对陶瓷辊道窑高温带的流场进行了研究。数值模拟技术可以节约大量的成本,克服实际测量的局限性。因此,本文主要的研究内容如下: (1) 对FLUENT软件进行了较为系统的探索,包括其理论基础、方程求解方法及其功能与使用方法等。以流场问题为突破口,通过剖析和研究,对FLUENT所能解决的工程实际问题有了较为全面的了解。同时积累了大量的计算网格划分、数值求解模型的选用、数值求解策略等方面的经验和技能,也对CFD基本理论和算法方面也有了较为充分的了解和掌握。 (2) 研究了陶瓷辊道窑高温带的窑体结构,根据其单节实际的尺寸建立了三维模型。在此基础上了解了窑内的流场空间,并建立了流场空间模型,结合其具体外形结构及数值求解对网格的要求,确定了网格生成的方案,并生成了高质量的计算网格。 (3) 在剖析FLUENT软件和对实际情况计算和分析的基础上,对陶瓷辊道窑高温带三维流场进行了系统深入的研究,按照数值求解不可压缩湍流流动问题的边界条件确定系统的入口边界条件类型为速度入口,系统出口的边界条件类型为压力出口,其余边界条件类型均为固壁。 (4) 通过分析工程中用于求解不可压缩湍流问题常用的湍流模型的使用范围及特点,确定选用k-ε模型作为计算的湍流模型,同时确定了湍流运动微分方程组的差分方案及数值求解算法,并研究了一套提高求解稳定性及加速收敛的具体措施。 (5) 通过数值模拟,得到了窑内流场的基本结构、分布特点、分布规律及其对窑炉性能的影响,研究不同入口速度及有烟气流动等因素对窑炉内流场的影响,对陶瓷辊道窑炉的设计和陶瓷生产起了一定的指导作用。