陶瓷窑急冷段温度场的分析和控制

摘要

在陶瓷窑的加工过程中,陶瓷窑急冷段的流场是制品加工成功的关键因素,对陶瓷窑的设计和调节,始终都是围绕流场的分布来确定的.窑炉中,温度场是流场中最重要的一个对象.本文主要以温度场为研究对象,对温度场的研究分为温度场的模拟分析和温度场的控制两部分.温度场的模拟分析中采用大型的工程数值模拟软件——ANSYS对炉内的温度场进行数值模拟,模拟结果符合窑炉实际的温度场分布,遂用此数值模拟的方法对陶瓷窑急冷段中有无挡火板的窑炉结构进行了分析比较,证明了档火板在控制温度场合理分布中的重要作用;通过以上结果,结合实际的流场分布,证明了急冷段中冷气喷管的不同角度也直接影响了温度场的分布,在对不同的喷管角度进行模拟的过程当中,找到了在冷气流量一定的情况下,最合理的喷管角度,但在陶瓷窑的加工过程当中,喷管里的冷气流量总在发生变化,并且急冷段中的温度场的分布要受到上游和下游的流场的干扰,温度场的分布也会随之发生变化,为了满足加工工艺要求,要能适时调节温度场的分布,使温度场的分布总能趋于合理,这要求对喷管的角度能自动调节,角度的调节是根据温度的变化和加工工艺的要求,必须是一个自动调节的过程,但对急冷段中所有的喷管进行自动调节并不符合实际,通过模拟结果发现,对急冷段中温度场影响最大的是最靠上游的两根喷管,在其他喷管角度不变的情况下,可通过调节此两根的角度来优化温度场的分布,但喷管中的气压较高,要求密封性好,所以目前,国内外陶瓷窑中的冷气喷管都是固定不动的,为了调节喷管中的冷气流的方向,遂在原有的喷管结构的基础之上,增加了一套节式钢管,该节式钢管结构简单,能自由伸缩摆动,可方便的调节冷气流的流向.温度场的控制部分设计了一套自动控制系统来调节节式钢管转动的角度,该系统以单片机为内核,根据热电偶采集的温度,通过步进电动机来调节节式钢管的角度,其结构简单,不但提高了辊道窑的自动控制能力,还能有效的提高温度场分布的合理性,为制品的成功加工提供了保障.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题的研究目的及意义

1.2温度场模拟和控制在国内外的现状和发展

1.3本文中拟采用的分析方法和创新点

第2章辊道窑急冷段流场的数值模拟

2.1引言

2.2数值模拟

2.2.1物理模型

2.2.2边界条件和计算方法

2.2.3求解策略

2.2.4控制方程

2.3计算结果和分析

2.3.1无挡火扳的流场分析

2.3.2有挡火扳的流场分析

2.4小结

第3章不同喷管角度的分析

3.1数值模拟和分析

3.1.1喷管角度较小的模拟

3.1.2喷管角度较大的模拟

3.1.3喷管角度适中时的模拟

3.2小结

第4章最前两根喷管的角度分析和结构改进

4.1最前两根喷管角度的作用分析

4.2最前两根喷管的最佳角度分析

4.3喷管结构的改进

4.4小结

第5章辊道窑喷管转角的自动控制系统

5.1引言

5.2温度传感器

5.3前置放大电路

5.4 A/D转换器

5.4.1 A/D转换芯片选用ADC0809

5.4.2电路中电源电压的设计

5.5单片机AT89S51的选用

5.6 AT89S51与ADC0809的接口设计

5.7单片机控制步进电动机

5.7.1步进电机的分类

5.7.2步进电机的驱动

5.7.3单片机的基本控制作用

5.7.4环行分配器CH250的接口设计

5.7.5电平转换问题

5.8提高系统硬件的稳定性

5.8.1单片机的监控电路

5.8.2滤波器的选用

5.8.3步进电动机的冷却

5.9软件实现

5.9.1系统的工作流程和数据流动

5.9.2软件流程的设计

5.9.3 PID控制算法

5.9.4步进电动机的控制流程

5.10小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

附图

参考文献

致谢

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