一种罐式煅烧炉的仿真计算方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种仿真计算方法，尤其涉及罐式煅烧炉的仿真计算模型。
【背景技术】
[0002]罐式煅烧炉是预焙阳极生产过程中的主要热工设备，罐式煅烧炉设计的优劣对预焙阳极的生产质量有重要的影响。罐式煅烧炉内存在燃烧、对流、热传导、辐射等复杂的热工过程，研究开发过程中长期采用的经验算法已经不能适应现代预焙阳极罐式煅烧炉开发的需要。传统的罐式煅烧炉开发采用经验数据粗略估算，不清楚炉内真实的热工状况，造成生产过程中热效率低、温度分布不均匀、产品质量差。随着仿真数值计算在越来越多的领域得到应用，采用计算机辅助模拟的方法来分析罐式煅烧炉成为可能，如果能够建立合理的物理模型(物理模型不合适的结果要么导致模拟偏离实际情况，要么导致后续的计算耗时过长)，配合恰当的数学模型(数学模型选择不当的话，会导致不收敛又或是偏差过大)来解算，那么就能在很大程度上接近罐式煅烧炉的实际工况，确定设计参数，从而开发出结构合理的罐式煅烧炉。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的问题是:提供一种罐式煅烧炉的仿真计算方法，模拟计算罐式煅烧炉内真实的热工状况，克服因采用经验数据粗略估算造成的生产过程中热效率低、温度分布不均匀、产品质量差的问题。
[0004]本发明采用的技术方案是:利用现代仿真计算的方法对罐式煅烧炉内的热工状况进行模拟，为研究开发提供数值计算的理论依据，推荐经济合理的罐式煅烧炉。
[0005]仿真过程包括采用建模软件Design Modeler建立罐式煅烧炉的计算区域，即选取罐式煅烧炉一组的四分之一或二分之一作为模型区域建立物理模型，罐式煅烧炉物理模型包含火道、料箱、冷却水套、挥发份道、压缩空气道及耐火、保温结构。采用网格划分软件Meshing将计算区域离散化，建立网格，物理模型网格采用六面体结构化网格划分。将网格信息导入流体仿真软件Fluent中进行数值计算，采用的数学模型包含k_ ε湍流模型、辐射传热模型和非预混燃烧模型，经计算收敛后，采用后处理软件Results对计算结果进行分析研究。
[0006]为了尽可能准确的模拟罐式煅烧炉，节省计算时间和方便建立模型，合理的选择计算区域显得非常重要，本发明选取罐式煅烧炉一组的四分之一或二分之一作为模型区域。当计算区域选定后，需要确定有重要影响因素的部件来建立模型，例如本发明中提到的火道、料箱、冷却水套、挥发份道、压缩空气道及耐火、保温结构。
[0007]本发明的优点体现在采用数值计算的手法对传统的罐式煅烧炉进行开发研究，研究成本低，能模拟复杂热工过程，进行一次数值模拟相当于一次数值试验，减少昂贵的试验费用，开发周期短，能够得到罐式煅烧炉内完整翔实的数据，能以生动形象的形式展示计算结果。
【附图说明】
[0008]图1为发明的流程图。
【具体实施方式】
[0009]实施例1
如图1所示，选取罐式煅烧炉一组的四分之一，即两个料箱切一半、相邻的一条火道作为计算区域，采用建模软件Design Modeler建立罐式煅烧炉的计算区域物理模型,物理模型包含火道、料箱、冷却水套、挥发份道、压缩空气道及耐火、保温结构，再将计算区域分割成数个六面体，然后形成一个多体零件。将几何模型导入网格划分软件Meshing中将计算区域离散化，采用网格控制技术控制网格结构及几何尺寸，建立六面体结构化网格，并在Meshing软件中命名各个边界及气固区域,生成可导入Fluentl4.0求解器中的msh网格文件。将网格文件导入数值求解软件FluentH.0中，设置数学模型，首先启用能量方程，再选择k- ε湍流模型，选择P-1辐射模型，设置非预混燃烧模型，创建耐火砖、煅烧物料的材料热物性参数，设定气固相的流体条件，设置进口、出口、壁面边界条件参数，设置SIMPLE流场求解算法，选择二阶离散格式，默认松弛因子，最后对流场初始化，开始求解，监视残差，当监视达到收敛判据，且物量和能量已经平衡，则计算结束。将计算结果导入后处理软件Results中进行后处理，显示压力、温度、浓度等值线图，速度矢量图，某个面的温度、压力曲线图。若计算结果不收敛，则重新检查模型的网格质量、数学模型，若是网格质量不佳，则需重新划分模型网格，再生成网格文件，再次在Fluentl4.0中求解。
[0010]实施例2
如图1所示，选取罐式煅烧炉一组的二分之一，即两个料箱、相邻的两条火道作为计算区域，采用建模软件Design Modeler建立罐式煅烧炉的计算区域物理模型,物理模型包含火道、料箱、冷却水套、挥发份道、压缩空气道及耐火、保温结构，再将计算区域分割成数个六面体，然后形成一个多体零件。将几何模型导入网格划分软件Meshing中将计算区域离散化，采用网格控制技术控制网格结构及几何尺寸，建立六面体结构化网格，并在Meshing软件中命名各个边界及气固区域，生成可导入FluentH.0求解器中的msh网格文件。将网格文件导入数值求解软件Fluent 14.0中，设置数学模型，首先启用能量方程，再选择k_ ε湍流模型，选择p-ι辐射模型，设置非预混燃烧模型，创建耐火砖、煅烧物料的材料热物性参数，设定气固相的流体条件，设置进口、出口、壁面边界条件参数，设置SIMPLE流场求解算法，选择二阶离散格式，默认松弛因子，最后对流场初始化，开始求解，监视残差，当监视达到收敛判据，且物量和能量已经平衡，则计算结束。将计算结果导入后处理软件Results中进行后处理，显示压力、温度、浓度等值线图，速度矢量图，某个面的温度、压力曲线图。若计算结果不收敛，则重新检查模型的网格质量、数学模型，若是网格质量不佳，则需重新划分模型网格，再生成网格文件，再次在Fluentl4.0中求解。
【主权项】
1.一种罐式煅烧炉的仿真计算方法，其特征在于，包括如下步骤:1)选取罐式煅烧炉一组的四分之一或二分之一作为模型区域，采用建模软件Design Modeler和网格划分软件Meshing建立物理模型；2)采用流体仿真软件Fluent建立数学模型；3)采用后处理软件Results分析结果。
2.根据权利要求1所述的一种罐式煅烧炉的仿真计算方法，其特征在于:物理模型包含火道、料箱、冷却水套、挥发份道、压缩空气道及耐火、保温结构。
3.根据权利要求2所述的一种罐式煅烧炉的仿真计算方法，其特征在于:物理模型网格采用六面体结构化网格划分。
4.根据权利要求3所述的一种罐式煅烧炉的仿真计算方法，其特征在于:数学模型包含k- ε湍流模型、辐射传热模型和非预混燃烧模型。
【专利摘要】本发明公开了一种罐式煅烧炉的仿真计算方法，模型采用建模软件DesignModeler建立计算区域，网格划分软件Meshing离散计算区域，流体仿真软件Fluent数值求解，后处理软件Results进行结算结果分析。仿真模型采用现代仿真计算的方法对罐式煅烧炉内的热工状况进行模拟，为研究开发提供数值计算的理论依据，推荐经济合理的罐式煅烧炉。该模型具有研究成本低，能模拟复杂热工过程，减少昂贵的试验费用，开发周期短，能够得到罐式煅烧炉内完整翔实的数据，能以生动形象的形式展示计算结果等优势。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104778289
【申请号】CN201410014701
【发明人】张忠霞
【申请人】贵阳铝镁设计研究院有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2014年1月14日