玻璃電熔窯工作模擬方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及玻璃電熔窯原理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種玻璃電熔窯工作模擬方法及 其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶體管)式顯示屏是各類(lèi)筆記本電腦和臺(tái)式機(jī) 上的主流顯示設(shè)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(qiáng)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(wú)色高透過(guò)率，高溫電導(dǎo)率很 低。在液晶玻璃基板制程中，窯爐熔化池是對(duì)玻璃進(jìn)行熔化的設(shè)備?；鹧嫒紵軌蛉刍浜?料，加熱熔化池上部玻璃液的溫度，電熔進(jìn)一步提高玻璃內(nèi)部溫度。
[0003] 在常規(guī)玻璃生產(chǎn)越來(lái)越過(guò)剩的時(shí)代，利用電熔窯爐生產(chǎn)特種玻璃是一種大的趨 勢(shì)，但是電熔窯爐生產(chǎn)難度很大，存在大量無(wú)法生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的電熔窯爐。隨著計(jì)算流體 力學(xué)(CFD)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用數(shù)值模擬的方法對(duì)玻璃窯爐進(jìn)行仿真研究正越 來(lái)越受到人們的重視，也取得了很大的進(jìn)步，利用數(shù)值模擬的方法，對(duì)玻璃窯爐生產(chǎn)工藝進(jìn) 行優(yōu)化也正在被越來(lái)越多的人研究，特別是進(jìn)行電熔窯爐的數(shù)值模擬正越來(lái)越受到重視。
[0004] 分析研究TFT玻璃電熔窯的設(shè)計(jì)原理以及工藝運(yùn)行原理，原來(lái)都是工藝人員長(zhǎng)期 經(jīng)驗(yàn)的積累，需要經(jīng)歷在生產(chǎn)線上長(zhǎng)期的實(shí)踐才能摸索出來(lái)，摸索其間一搬都沒(méi)有良品，具 有很大的資金成本和時(shí)間成本。
[0005] 在工程應(yīng)用中要確定合適的爐型和最優(yōu)化窯爐的能量分配方式并不是個(gè)簡(jiǎn)單的 問(wèn)題，還需要根據(jù)窯爐類(lèi)型、溫度場(chǎng)分布等條件進(jìn)行分析計(jì)算。
[0006]通常進(jìn)行玻璃電熔窯數(shù)學(xué)模擬，都需要依靠國(guó)外的相關(guān)公司，他們都有自己設(shè)計(jì) 的專(zhuān)業(yè)軟件。采用國(guó)外的軟件培訓(xùn)麻煩，軟件成本高，服務(wù)成本也高，應(yīng)用范圍小，并且有大 量不成熟的地方，用戶(hù)之間缺少交流。另外一些公司直接購(gòu)買(mǎi)服務(wù)，提供模型和邊界條件， 讓國(guó)外專(zhuān)業(yè)模擬公司進(jìn)行相應(yīng)的模擬，通常需要經(jīng)過(guò)好幾輪的模擬，每一次都應(yīng)經(jīng)過(guò)報(bào)價(jià)， 談判等程序，時(shí)間長(zhǎng)，程序復(fù)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(duì)相關(guān)熔窯的原理掌握很少，全靠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累，需要長(zhǎng)時(shí)間的摸索，許多電熔窯爐長(zhǎng) 期無(wú)法正常生產(chǎn)。
[0007] 目前也有應(yīng)用fluent軟件進(jìn)行玻璃熔窯燃燒空間數(shù)學(xué)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(fā)明內(nèi)容】

[0008] 有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種玻璃電熔窯工作模擬方法及其應(yīng)用，主要目的 是低成本解析電熔窯工作原理。
[0009] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明主要提供如下技術(shù)方案：
[0010] -方面，本發(fā)明實(shí)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(wǎng)格，所述模型和網(wǎng)格中，電極 面與相鄰絕緣的耐火材料區(qū)域劃出分界線，以便添加電場(chǎng)模塊；
[0012] 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)接觸玻璃液的各部位設(shè)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(chǎng)、流動(dòng)場(chǎng)和電場(chǎng)，得到爐窯內(nèi)不同區(qū)域的玻璃液溫度場(chǎng)分布、 空間火焰溫度場(chǎng)分布和速度場(chǎng)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(jù)模擬耦合并經(jīng)曲線擬合 得出，利用用戶(hù)自定義函數(shù)導(dǎo)入計(jì)算;玻璃液隨溫度變化的電導(dǎo)率曲線、粘度曲線和導(dǎo)熱系 數(shù)事先進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)自定義函數(shù)導(dǎo)入模型。
[0015] 作為優(yōu)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(yōu)選，使用ANSYS ICEM-Cro劃分網(wǎng)格。
[0017] 作為優(yōu)選，玻璃液邊界條件設(shè)定如下:玻璃液入口類(lèi)型為速度入口類(lèi)型，出口為壓 力出口類(lèi)型;玻璃液面溫度分布采用山形溫度制度，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)及工藝要求制定數(shù)據(jù)，之后通 過(guò)熱耦合逐步改變，利用曲線擬合工具進(jìn)行擬合，得到熱流量分布函數(shù)，用UDF(用戶(hù)自定義 函數(shù))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(yōu)選，壁面采用恒溫邊界條件，溫度為1800K。
[0019]作為優(yōu)選，玻璃液入口的質(zhì)量流入口速度330kg/h ;出口為壓力出口，壓力為 20000pa〇
[0020] 作為優(yōu)選，依據(jù)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(jù)山型溫度制度以及窯爐的特點(diǎn)，最高溫度定在窯爐2/3位置處，依 據(jù)火焰空間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行料山泡沫線，玻璃液表面溫度的邊界條件設(shè)定。
[0021] 作為優(yōu)選，泡界線位于熱點(diǎn)前10cm〇
[0022] 另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種上述實(shí)施例所述的玻璃電熔窯工作模擬方法 在優(yōu)化窯爐設(shè)計(jì)和/或優(yōu)化玻璃生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0024]本發(fā)明實(shí)施例的本發(fā)明使用一種常規(guī)的軟件fluent，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)軟件同樣的功能。 以數(shù)值模擬為手段，結(jié)合玻璃液的性質(zhì)，以及生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，更好的研究TFT玻璃電熔窯的 基本原理。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是使用一種常規(guī)軟件，提供一種通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬 的方法，研究TFT玻璃電熔窯的基本原理的方法，優(yōu)化溫度場(chǎng)和玻璃液的流場(chǎng)分布。得出一 種可靠的窯爐設(shè)計(jì)優(yōu)化依據(jù)，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(jié)省玻璃生產(chǎn)成本，降低工藝控制難度。本發(fā)明的有益成果就是投資 少、成本低、可靠性強(qiáng)、易于操作。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的流程示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明實(shí)施例玻璃液空間模型及網(wǎng)格三維圖。
[0027]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的玻璃液空間電極截面溫度分布圖。
[0028] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的玻璃液空間電極截面速度分布圖。
[0029] 圖5為本發(fā)明實(shí)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(fā)明實(shí)施例的玻璃液空間中截面溫度分布圖。
[0031 ]圖7為本發(fā)明實(shí)施例的玻璃液空間中截面速度分布圖。
[0032]圖8為本發(fā)明實(shí)施例的玻璃液空間中截面速度矢量分布圖。
[0033]圖9為本發(fā)明實(shí)施例的玻璃液三維空間流線圖。
[0034]圖10為本發(fā)明實(shí)施例的玻璃液三維空間電流密度分布圖。
[0035]圖11為本發(fā)明實(shí)施例的玻璃液三維空間電場(chǎng)強(qiáng)度分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。在 下述說(shuō)明中，不同的"一實(shí)施例"或"實(shí)施例"指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一或多個(gè)實(shí)施 例中的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。
[0037] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的玻璃電熔窯工作模擬方法及其應(yīng)用的流程示意圖。參見(jiàn)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(wǎng)格，所述模型和網(wǎng)格中，電極 面與相鄰絕緣的耐火材料區(qū)域劃出分界線，以便添加電場(chǎng)模塊；
[0039] 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)接觸玻璃液的各部位設(shè)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(chǎng)、流動(dòng)場(chǎng)和電場(chǎng)，得到爐窯內(nèi)不同區(qū)域的玻璃液溫度場(chǎng)分布、 空間火焰溫度場(chǎng)分布和速度場(chǎng)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(jù)模擬耦合并經(jīng)曲線擬合 得出，利用用戶(hù)自定義函數(shù)導(dǎo)入計(jì)算;玻璃液隨溫度變化的電導(dǎo)率曲線、粘度曲線和導(dǎo)熱系 數(shù)事先進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)自定義函數(shù)導(dǎo)入模型。
[0042] 本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)常規(guī)的軟件fluent實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)軟件同樣的功能。在模擬的基礎(chǔ)上 逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，調(diào)整總能量以及能量分配，以