硅碳棒燒結(jié)爐各材質(zhì)的物性
硅碳棒燒結(jié)爐整體尺寸較大,除了主要的部件外,內(nèi)部還有一些對爐內(nèi)溫度場分布影響不大的零部件。為減輕模擬過程中構(gòu)建網(wǎng)格模型的壓力,縮短模擬時間,建立三維實體模型時,做了以下幾點簡化:
1)所有部件的尺寸取整數(shù)(單位:mm ;
2)除了保留進、出氣孔外忽略內(nèi)部各種孔洞;
3)忽略爐內(nèi)保溫筒、均溫箱與裝料板之間的一切支撐結(jié)構(gòu);
簡化后的幾何模型如圖3所示。由于壓力燒結(jié)爐在幾何結(jié)構(gòu)及加熱過程上都是左右對稱,本研究采用1/2爐子模型進行計算。
燒結(jié)過程既有物理變化,也有化學(xué)變化壓力硅碳棒燒結(jié)爐內(nèi)部的熱工過程比較復(fù)雜,不同工況下的傳熱和流動方式又各不相同,本研究在輻射傳熱方面選擇應(yīng)用最為廣泛的離散坐標輻射模型(DO),在流動方程方面采用k-s湍流模型。固壁邊界條件上默認為無滑移,壁面熱邊界條件上設(shè)置對流換熱系數(shù)。假設(shè)爐內(nèi)只進行物理傳熱而不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),真空加熱階段只考慮熱輻射與石墨物料板間的熱傳導(dǎo),不考慮氣壓對溫度場的影響。所有材料都是均勻的且各向同性。忽略溫度變化對各材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)造成的影響,硅碳棒燒結(jié)爐各材質(zhì)的物性參數(shù)見表。
采用ANSYS軟件包中的WB Meshing對幾何模型進行四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分,對內(nèi)部需要重點研究的溫度場區(qū)域進行局部加密。圖4是劃分出的網(wǎng)格模型側(cè)面剖視圖。對比分別采500,400,300,200 mm為最大尺寸網(wǎng)格時爐內(nèi)的體平均溫度,考慮到計算成本,采用300 mm為最大單元網(wǎng)格尺寸對求解域進行離散。
為了驗證模擬結(jié)果的準確性,通過陶瓷測溫環(huán)(測量精度士2 ℃)從現(xiàn)場獲取了設(shè)備空載時在高溫段(1450℃)的溫度分布情況。在均溫箱內(nèi)部布置了29個陶瓷測溫環(huán),布置方式見圖5,測得溫度數(shù)據(jù)見表2。將高溫段現(xiàn)場實驗所測得的溫度數(shù)據(jù)與計算模擬得到的數(shù)據(jù)進行比較,由表2可以看出,空載狀態(tài)下的實驗值與計算值能較好吻合,最大偏差不超過5 ℃,因此,所建模型可用于下一步的分析研究。http://zsrider.com/
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