[发明专利]一种评价玄武岩池窑中原料熔化均匀性的方法及系统

说明书

一种评价玄武岩池窑中原料熔化均匀性的方法及系统，采用迭代计算的方式，追踪玄武岩池窑中的若干无质量示踪粒子，计算每个粒子在流动路径上的熔化指数，最终通过熔化均匀性指数的大小来量化评估池窑中的原料熔化均匀性。本发明提供了一种快速、简便、成本低廉的适用于评价玄武岩池窑中原料熔化均匀性的方法，可采用计算机编程的形式快速实现，推动了玄武岩纤维生产向池窑法规模化方向发展。

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及玄武岩池窑熔制系统，具体为一种评价玄武岩池窑中原料熔化均匀性的方法及其系统。

背景技术

玄武岩纤维是一种纯天然的无机非金属材料，不仅强度高、模量高，而且耐高低温、耐酸碱、防火阻燃等性能也非常优异，在航空航天、能源、化工、建材等领域具有广阔的应用前景。然而由于玄武岩熔体黑度高所带来的熔化均匀性差的题造成我国玄武岩纤维生产企业仍以坩埚炉技术为主，普遍存在生产规模小、效率低、能耗高等缺点。为推动玄武岩纤维生产向池窑法规模化方向发展，就必须了解玄武岩池窑中原料熔化的不均匀程度，以此发现其中的问题并进行优化设计，但目前缺乏相应技术手段，因此亟需一种快速、简便且成本低廉的手段用于评价玄武岩熔化的不均匀性。

发明内容

本发明要解决的问题是：目前由于玄武岩熔体黑度高所带来的熔化均匀性差的问题，造成我国玄武岩纤维制造普遍存在生产规模小、效率低、能耗高等缺点，为推动玄武岩纤维生产向池窑法规模化方向发展，就必须了解池窑中原料熔化的不均匀程度，亟需能够有效评价玄武岩熔化的不均匀性的方法。

本发明的技术方案为：一种评价玄武岩池窑中原料熔化均匀性的方法，包括以下步骤：

1)获取玄武岩池窑中熔液的温度场和速度场分布，建立池窑模型，将池窑熔液流动区域划分成若干网格并编号；

2)将池窑流动区域的熔液信息进行离散化处理，用于定义每个网格单元的熔液流动信息，熔液信息包括温度、粘度、流动速度这三个连续性数据；

3)在池窑熔液流动区域的入口处投入若干无质量示踪粒子，对每个粒子进行编号，并记录此时粒子的位置；

4)定义时间步长，根据步骤3)记录的初始时刻下粒子的位置，判断粒子所处网格单元，将该网格单元的熔液流动速度赋予位于本网格的示踪粒子；

5)根据粒子所处网格单元的熔液流动信息，计算粒子当前时刻熔化指数；

6)追踪粒子，计算下一时刻的粒子位置，判断粒子所处网格单元，并将网格单元的熔液流动速度赋予此刻的示踪粒子，计算此时刻的粒子熔化指数；

7)按照时间步长追踪计算粒子熔化指数，当粒子从池窑出口逸出时，结束对粒子的追踪，并计算出此刻的粒子熔化指数；

8)根据步骤4)-7)，得出每个示踪粒子的从池窑出口逸出时的熔化指数，并求取所有粒子逸出时熔化指数的平均值；

9)根据示踪粒子的从池窑出口逸出时的熔化指数及其平均值，计算熔化均匀性指数MIU，根据熔化均匀性指数MIU的大小评估池窑均匀性。

作为优选方式，步骤1)中，网格单元的尺度宜小于池窑长度尺寸的1/100，以确保计算方法的精确性，尺度越小计算结果越精确。

作为优选方式，步骤4)中，时间步长小于熔液平均停留时间的1/1000，以提高计算方法的精确性。

对于最终的到的熔化均匀性指数MIU，MIU值越大代表玄武岩池窑中原料熔化均匀性越差，反之MIU值越小则代表越均匀。

本发明还提供一种评价玄武岩池窑中原料熔化均匀性的评估系统，系统装置上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述评估方法。