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引言玻璃噴氣冷卻鋼化過程中，很多工藝參數(shù)會影響玻璃的換熱過程，從而影響其鋼化質量。因此，許多學者針對玻璃冷卻過程及工藝控制進行了大量研究。鋼化工藝參數(shù)是影響玻璃傳熱特性及鋼化質量的重要因素。由于氣冷鋼化過程中玻璃內部的溫度難以實時測量，因此若通過反復實驗來優(yōu)化鋼化工藝參數(shù)，導致產品開發(fā)周期長、成本高，難以保證高產品質量。因此，本文對玻璃噴氣鋼化過程進行了數(shù)值模擬，研究了玻璃在噴氣鋼化過程中的換熱特性，并分析了射流速度、噴孔到玻璃距離、噴孔間距以及噴孔排布方式對玻璃降溫規(guī)律及溫度均勻性的影響，為鋼化玻璃生產過程中冷卻工藝參數(shù)設置提供理論依據(jù)。1

模型建立與數(shù)值模擬（1）物理模型本文對尺寸為40mm×40mm×5mm玻璃的噴氣鋼化過程進行數(shù)值仿真，物理模型如圖1所示。噴孔呈等邊三角形排布，其直徑D為4mm。噴孔與噴孔之間的距離S為16mm，噴孔到玻璃的距離H為16mm，即S/D＝4，H/D＝4。為避免邊界效應對計算結果產生影響，計算域尺寸為80mm×80mm×37mm。采用ICEM軟件對計算域進行結構化網(wǎng)格劃分，如圖2所示。圖1淬冷玻璃幾何模型圖2模型網(wǎng)格劃分（2）數(shù)學模型此次數(shù)值模擬基本控制方程式為：2

玻璃鋼化過程中的換熱特性玻璃表面平均傳熱系數(shù)和溫度隨時間的變化如圖3所示。由圖3可以看出，玻璃表面冷卻速率隨時間呈負指數(shù)的降低，而并非線性降低。同樣，玻璃表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)在冷卻初期時呈最大值，而后隨時間降低。這是因為在淬冷初期，玻璃溫度較高，與空氣的溫差最大。隨冷卻的進行，玻璃溫度降低，導致玻璃表面與空氣的溫差減小。圖3玻璃表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和溫度變化3

淬冷鋼化玻璃降溫影響因素分析（1）噴氣射流速度噴氣射流速度是影響玻璃鋼化程度和鋼化效果最為重要的工藝參數(shù)之一。為了分析噴氣射流速度對高溫玻璃降溫規(guī)律的影響，設置射流速度分別為40、60和80m/s。圖4顯示了玻璃表面溫度分布，玻璃表面邊緣處和滯止區(qū)溫度總是最低的，在玻璃表面的中心區(qū)域存在一個最高溫度區(qū)，并且該區(qū)域的溫度值隨風速的增加而降低。將玻璃表面上最高和最低溫度之差定義為表面最大溫差（ΔT），用來說明玻璃表面溫度的均勻程度。射流速度分別為40、60和80m/s時，對應的表面最大溫差（ΔT）分別為257.9、267.5和236.8K。因此，空氣射流速度為80m/s時，玻璃表面溫度均勻性最佳，有利于玻璃的鋼化。圖4t

＝11s時，不同射流速度下的瞬態(tài)溫度分布（2）噴孔到玻璃距離噴嘴到玻璃的距離不同，氣流在玻璃表面的對流傳熱量也存在差別。在本研究中，設置噴孔到玻璃的距離分別為16、24和32mm，即H/D分別為4、6和8。玻璃表面平均溫度以及玻璃中心點和表面中心點溫差的變化規(guī)律見圖5。由圖5可以看出，隨H/D的減小，玻璃的冷卻速率和溫差均升高，且最大溫差出現(xiàn)的時刻提前。這是因為H/D越小，玻璃近壁面處流體速度越大，表面?zhèn)鳠嵩綇?，有利于玻璃的鋼化，但該影響并不是很明顯。圖5玻璃表面平均溫度以及玻璃中心點和表面中心點溫差的變化規(guī)律圖6為t＝11s時，玻璃表面溫度云圖分布。H/D＝4、6和8時的表面最大溫差（ΔT）分別為236.8、284和177.9K。因此，H/D＝8時，溫度均勻性越好。但在實際生產過程中，一般不宜調節(jié)風柵高度來改變玻璃的降溫速率，因此要確定一個最佳的噴氣距離，使玻璃快速而均勻的冷卻。圖6t

＝11s時，不同射流速度下的瞬態(tài)溫度分布（3）噴孔間距在本研究中，設置噴孔間距為16、24和32，即S/D分別為4、6和8。玻璃表面平均溫度以及玻璃中心點和表面中心點溫差的變化規(guī)律見圖7。圖7玻璃表面平均溫度以及玻璃中心點和表面中心點溫差的變化規(guī)律由圖7可以看出，隨S/D的增大，玻璃冷卻速度降低，玻璃厚度方向上的溫差減小并且最大溫差值出現(xiàn)的時間點逐漸延遲，不利于玻璃的鋼化。這是由于S/D越大，噴孔的數(shù)量越小，作用到玻璃表面冷氣的質量流量越低，傳熱量降低。圖8為t＝11s時，玻璃表面溫度云圖分布。可以看出在不同S/D條件下，玻璃表面的溫度分布趨勢也不同，這是因為不同的間距會影響玻璃表面流場的分布，沖擊玻璃表面的流動模式受噴孔排布的影響。此外，玻璃表面的最高溫度區(qū)域的溫度值以及面積都隨著S/D的降低而減小。這代表玻璃表面上的溫度梯度變小，換熱更加均勻。S/D＝4、6和8時，玻璃表面最大溫差（ΔT）分別為236.8、312.7和285.4K，也證明了S/D＝4時溫度均勻性最好。圖8t

＝11s時，不同S/D條件下的瞬態(tài)溫度分布（4）排布方式在本研究中，設置排布方式分別為等邊三角形、正方形和菱形，圖9（a）為不同排布方式下玻璃表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)變化，圖9（b）為不同排布方式下玻璃中平面與玻璃表面平均溫度差值的歷史變化。圖9傳熱系數(shù)及溫度變化示意圖由圖9（b）可以看出，正方形排布方式下玻璃表面和內部的溫差最大，其次是菱形排布，最次是三角形排布。這是由于模型中正對玻璃的噴口數(shù)量對于三角形排布、正方形排布和菱形排布來說分別為8個、9個和5個，因此噴孔數(shù)最多的正方形排布方式下的平均表面換熱系數(shù)最高。圖10為t＝11s時玻璃表面溫度云圖分布。三角形、正方形和菱形噴孔排布下表面最大溫差（ΔT）分別為227、261和252K，即三角形排布方式下表面溫度均勻性最好，其次是菱形，最次是正方形，這是因為不同的噴孔排布影響玻璃表面流場的分布。由于三角形排布下玻璃表面形成的壓應力值最小，因此在選擇噴孔排布時應針對應力值和應力分布均勻性兩方面綜合考慮。圖10t＝11s時不同排布方式下玻璃表層截面溫度云圖4

結論本文對玻璃噴氣鋼化過程進行了仿真模擬，研究了玻璃在噴氣淬冷鋼化過程中的傳熱特性；并分析了射流速度、噴孔到玻璃的距離、噴孔間距、噴孔排列方式對玻璃的冷卻速率及溫度均勻性的影響規(guī)律。得出以下結論：（1）在噴氣冷卻過程中，玻璃表面的溫度是不均勻的，玻璃的邊緣區(qū)域和玻璃的四個角處的溫度是最低的，其次是噴孔射流沖擊的滯止區(qū)。（2）隨射流速度的增加，玻璃的冷卻速率和內外溫差均增大。此外，在本研究范圍內，射流速度為80m/s時，玻璃表面溫度均勻性最佳，有利于玻璃鋼化。（3）噴孔到玻璃的距離越小，玻璃表面?zhèn)鳠嵝Ч胶?，即H/D＝4時取得最大應力值，但玻璃表面溫度均勻性最佳值在H