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光纤拉丝炉内部温度场研究

2020-12-08阅读(438)

光纤拉丝炉内部温度场研究

论文摘要

光纤拉丝炉是生产光纤的关键设备,而在纤维拉伸过程中,温度是影响纤维成形的重要因素,通过改变有关参数来改变温度场,可以制备出更高质量的光纤,因此拉丝炉内的温度场是制备光纤的关键。随着光纤的快速发展,近年来制造光纤预制棒的主流方法有轴向气相沉积法、外气相沉积法、改进的化学气相沉积法和等离子化学气相沉积法,拉丝工艺有双坩埚法和棒管法。采用试验方法研究光纤拉丝炉内的温度比较困难,成本高,而数值模拟方法可以容易地获得任意位置的温度值,并揭示气体流场的相关特征。因此,本文采用数值模拟方法研究了光纤拉丝炉内的温度场。本文主要研究工作包括以下三个部分:第一部分建立了光纤拉丝炉内部气体温度场模型,用前处理软件GAMBIT对光纤拉丝炉进行了几何建模。改变了光纤拉丝炉熔融部分的锥头外形曲线,使其更接近实际。构建出二维模型后,根据模型特点划分了网格,得到了符合模拟要求的网格,确定了边界条件类型。第二部分利用计算流体力学软件FLUENT对光纤拉丝炉内部气体温度场进行了数值模拟。选择了求解器类型,激活了能量方程,设定了控制方程组,定义了材料物理性质和边界条件,考虑了拉丝炉各个部件之间与内部气体的热传导、热对流和热辐射,添加了热源,设置了导热方程和辐射运输方程。通过模拟获得了拉丝炉内部气体温度场情况和每个固体件的温度分布。第三部分利用所建光纤拉丝炉气体温度场模型,研究了进气口方向,进气口速度和外界温度对光纤拉丝炉内部温度场的影响。因为实际操作环境需要考虑重力因素,所以沿拉丝炉的拉丝方向设置了重力。研究表明,考虑重力的影响之后炉内气体的温度整体稍有下降。把上部气体入口处的方向由平行于拉丝炉轴线方向改为垂直于拉丝炉轴线方向,上部进气口处的温度变化最为明显。进气口速度越大,热对流越明显,温度越低。外界温度越低,纤维散热性越好。模拟结果对于委托企业拉丝炉设备的改造具有一定的指导意义。综上所述,本文模拟了光纤制备过程中拉丝炉内温度和拉丝炉相关固体部件的温度分布,揭示了光纤生产的环境特征,为深入研究光纤的成形机理奠定了基础。为委托企业优化拉丝炉设计提供了理论支持。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景
  •     1.1.1 光纤预制棒制备方法
  •     1.1.2 光纤拉丝过程
  •   1.2 光纤拉丝炉内部流场研究的国内外现状
  •   1.3 本文的研究意义和研究内容
  • 第二章 光纤拉丝炉内部温度场模型及数值模拟方法
  •   2.1 热量传递的三种基本方式
  •   2.2 温度场及导热系数
  •   2.3 FLUENT软件的基本介绍
  •   2.4 多维流体运动与换热方程组
  •     2.4.1 物质导数
  •     2.4.2 质量守恒方程
  •     2.4.3 动量守恒方程
  •     2.4.4 能量方程与导热方程
  •     2.4.5 层流附面层方程
  •     2.4.6 表面辐射模型输运方程
  •   2.5 控制方程的离散
  •   2.6 用户自定义函数UDF
  •     2.6.1 UDF概述
  •     2.6.2 UDF的编写
  •   2.7 本章小结
  • 第三章 光纤拉丝炉内部温度场数值模拟与分析
  •   3.1 光纤拉丝炉几何模型
  •   3.2 网格划分
  •   3.3 计算模型的选择
  •     3.3.1 求解器设置
  •     3.3.2 能量方程设置
  •     3.3.3 粘性模型设置
  •     3.3.4 辐射模型设置
  •   3.4 定义材料属性
  •   3.5 边界条件设置
  •     3.5.1 入口边界
  •     3.5.2 出口边界
  •     3.5.3 壁面
  •     3.5.4 热源添加
  •     3.5.5 初始条件和求解控制参数设置
  •   3.6 流场速度模拟结果与分析
  •   3.7 本章小结
  • 第四章 有关参数对温度场的影响
  •   4.1 重力对气体温度场的影响
  •   4.2 上部进气口方向对气体温度场的影响
  •   4.3 上部进气口速度对气体温度场的影响
  •   4.4 外界温度对气体温度场的影响
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 总结与展望
  •   5.1 取得的成果
  •   5.2 不足与展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文
  • 附录
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 田越迎

    导师: 陈廷

    关键词: 光纤拉丝炉,温度场,传热,数值模拟

    来源: 苏州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

    专业: 物理学,有机化工,无线电电子学

    单位: 苏州大学

    分类号: TN253;TQ054

    DOI: 10.27351/d.cnki.gszhu.2019.001876

    总页数: 69

    文件大小: 6828K

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