2  熱工實(shí)測
　　在實(shí)測方法中，比較成熟的是玻璃熔窯的全窯熱工測定和熱平衡計算。該項測量任務(wù)有如醫院進(jìn)行的身體全面體檢。在溫度測量項目中，可以測量熔窯表面各處的溫度，借以判定散熱強度大小，測量數據不但可以提供窯爐節能依據，也可以間接判斷熔窯內部玻璃液流動(dòng)形態(tài)工況。全面的熱工標定可由中國國 際玻璃工程有限公司下屬的測試中心來(lái)完成。下面是間接判斷熔窯內部玻璃液流動(dòng)形態(tài)工況的表面溫度測試診斷實(shí)例之一。同濟大學(xué)材料學(xué)院楊志強等人為昆明玻璃股份有限公司的日產(chǎn)450噸浮法玻璃熔窯夾雜物熔制工藝問(wèn)題所作的診斷研究中，采用了池底外表面溫度分布的測量方法，通過(guò)外表面溫度分布可以間接推測池底玻璃液的溫度分布，進(jìn)而判斷內部玻璃液兩個(gè)對流環(huán)流的底部平衡點(diǎn)位置，為熔制工藝問(wèn)題診斷提供了有力的一手數據支持；實(shí)踐證明這是一個(gè)很好的方法。

　　熔窯玻璃液停產(chǎn)卸空后，求證玻璃液流的流動(dòng)形態(tài)還可以通過(guò)觀(guān)察在玻璃熔窯底部以及池壁耐火材料上的玻璃液沖刷痕跡，判斷該熔窯在運行過(guò)程中玻璃液流形態(tài)的大致情況，為分析和制訂熔窯進(jìn)一步改進(jìn)方向提供依據。同濟大學(xué)材料學(xué)院在浮法玻璃熔窯工藝診斷中使用了這種方法，用以證明數值模擬和物理模擬與實(shí)際熔窯工況的一致性，強化了對熔窯內玻璃液流動(dòng)規律的認知。

　　 實(shí)際熔窯玻璃液流中玻璃液質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)軌跡可以通過(guò)同位素追蹤方法來(lái)確定。首先在配合料中投入同位素質(zhì)點(diǎn)，在熔窯周?chē)�布置檢測裝置來(lái)定位同位素質(zhì)點(diǎn)的運動(dòng)過(guò)程，跟蹤同位素質(zhì)點(diǎn)運動(dòng)軌跡。這種方法技術(shù)要求高，實(shí)現困難，實(shí)際工程中很少采用。另外一種方法是造影法，在投料中脈沖法加入造影劑，在玻璃窯池壁一側設有伽瑪射線(xiàn)發(fā)射裝置，另一側設有同步接受裝置，兩側同步掃描玻璃熔窯的玻璃液，由于造影元素的吸收伽瑪射線(xiàn)能力很強，因此可以獲得熔窯二維電子圖像，通過(guò)影像分析得到玻璃液中的換料動(dòng)態(tài)濃度分布信息。

　　 如果使用紅外攝像機來(lái)拍攝熔窯大碹的外表面溫度分布，也可以通過(guò)紅外圖像分析得到大碹溫度分布特征，進(jìn)而判斷內部工藝狀況是否合理。該技術(shù)是實(shí)用可行的測試技術(shù)之一，紅外圖像還可以用來(lái)支持驗證數值模擬獲得的大碹外表面溫度分布計算結果。

　　實(shí)際操作中，可以通過(guò)不同部位觀(guān)察孔用光學(xué)高溫計測量熔窯內部指定點(diǎn)溫度，間接獲得大型浮法玻璃熔窯中玻璃熔制工況的信息。使用這種方法有時(shí)可以獲得較好的效果。

　　3  物理模擬
    由于實(shí)際測量的困難以及獲得信息的有限性，大多數情況下，實(shí)際測量數據還不足以用來(lái)診斷玻璃熔窯熔制工況，不足以用來(lái)確診問(wèn)題所在并為熔窯改造提供依據。除了對正在運行的熔窯進(jìn)行診斷分析，有時(shí)還要對新窯型以及熔窯技術(shù)改造新方案進(jìn)行論證，物理模擬和數值模擬方法將是另外兩個(gè)十分有效的方法。

　　物理模擬方法是再現玻璃熔窯中玻璃液流動(dòng)工況的有效方法之一。在流體力學(xué)領(lǐng)域大量使用模型實(shí)驗來(lái)研究工程問(wèn)題。例如研究飛機飛行中的浮力和阻力等動(dòng)力學(xué)數據，不可能在天空上直接測量，只能采用相對運動(dòng)原理，通過(guò)模型試驗測試飛行中空氣動(dòng)力學(xué)數據并進(jìn)行改進(jìn)工作；研究水利工程中大壩和水與泥沙的相互作用，模型試驗也是非常有力的工具。熔窯中玻璃液流運動(dòng)規律也可以通過(guò)模擬試驗的方法來(lái)進(jìn)行研究。

　　物理模擬以流體力學(xué)的相似定律為指導，建立對應熔窯玻璃液的模擬液運動(dòng)模型，在相似的邊界條件作用下，可以觀(guān)察、測量和拍攝模擬的流動(dòng)形態(tài)和溫度分布，通過(guò)改變方案，研究模擬的玻璃液變化規律，幫助診斷窯型變化以及其它工藝參數變化引起的玻璃液流動(dòng)形態(tài)變化，確定相應流動(dòng)形態(tài)對玻璃液熔制工藝的影響。

　　除了對大型熔窯內玻璃液流場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行物理模擬之外，對全電熔窯進(jìn)行電場(chǎng)分布的物理模擬也是十分有效的，依據物理模擬可以獲得電極布置、供電方式、供電參數，玻璃液對流狀態(tài)以及溫度分布等等多種信息，用于指導全電熔窯的設計和解決熔制障礙的依據。這種比例模型預演了全電熔玻璃窯地運行工況，在直觀(guān)、感性和電器參數的可靠性上，比全電熔數值模擬更加優(yōu)越。

　　同濟大學(xué)材料學(xué)院的大型玻璃熔窯模擬實(shí)驗室是在原國家建材局科技司的支持下建立起來(lái)的，十幾年來(lái)為玻璃行業(yè)將近三十個(gè)廠(chǎng)家提供了物理模擬試驗的服務(wù)，為揭示熔窯中玻璃液流運動(dòng)規律提供了豐富的試驗研究基礎。

　　2006年同濟大學(xué)材料學(xué)院的玻璃熔窯模擬實(shí)驗室為昆明玻璃集團提供了玻璃熔窯夾雜物產(chǎn)生原因的診斷性研究服務(wù)，該問(wèn)題困擾廠(chǎng)家一年半的時(shí)間，通過(guò)模擬試驗研究診斷出了問(wèn)題的關(guān)鍵所在，在診斷的基礎上，廠(chǎng)家制訂了合理解決方案，使熔制工藝障礙迅速好轉。在長(cháng)期的為玻璃行業(yè)提供技術(shù)服務(wù)基礎上，同濟大學(xué)材料學(xué)院的玻璃熔窯模擬實(shí)驗室形成了自己特色的解釋玻璃熔制工藝過(guò)程的工程理論假設，這些基于試驗和實(shí)踐的理論假設為大型熔窯中玻璃液熔制工藝問(wèn)題提供了很好的分析基礎。經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗，依據部分理論假設的熔制工藝特性預報與實(shí)際工況有很好的符合度。

    4  數值模擬
    無(wú)論是實(shí)際測量和還是物理模擬都有其局限性，實(shí)際測量無(wú)法觀(guān)測玻璃液內流動(dòng)工況，物理模擬可以觀(guān)測到模擬的玻璃液流動(dòng)工況，但試驗條件受環(huán)境影響很大，測試環(huán)節要求很高，數據再現性和準確度都與試驗環(huán)境相關(guān)，況且部分工藝要素還無(wú)法實(shí)現物理模擬。
    數值模擬方法依據流體動(dòng)力學(xué)方程以及傳熱傳質(zhì)方程。這些數學(xué)物理方程全部是微分方程。選定描述熔窯中玻璃液物理化學(xué)變化過(guò)程的數學(xué)物理方程，求出其在給定邊界條件下對于具體問(wèn)題的特解，就是數值模擬的過(guò)程。求解這樣復雜的數學(xué)物理方程必需采用離散的方法，建立離散化的數值方程，利用計算機編程完成求解的過(guò)程。

　　與實(shí)測方法和物理模擬方法不同，數值模擬過(guò)程是計算過(guò)程，不是自然物質(zhì)的運動(dòng)過(guò)程。如果數學(xué)模型建立正確，計算正確，則計算結果能夠反映自然物質(zhì)的運動(dòng)過(guò)程。反之，可能數值模擬結果與實(shí)際情況相差甚遠，不符合自然界的流體運動(dòng)規律。正確的做法是利用實(shí)測分析，物理模擬結果對數值模擬分析結果進(jìn)行對比分析，如果來(lái)自三個(gè)方面的分析保持一致，則說(shuō)明數值模擬的分析結果是比較可靠的。

　　可靠的數值模擬方法可以完成很多有效率的工作，對于同一方案，數值模擬結果重復性很強，不像實(shí)測數據和物理模擬數據那樣受實(shí)測工況的影響。因而，數值模擬方案對比分析更能保證改變給定工藝參數與所引起的流動(dòng)形態(tài)和溫度分布改變之間的對應關(guān)系，對于建立量化對比分析十分有用。很多不能建立物理模型的問(wèn)題，建立數值模型可能是十分方便的。

　　采用數值模擬方法分析玻璃熔窯的熔制工藝問(wèn)題已有很多文獻報道。十年前，流行的方法是各大專(zhuān)院校研究生自己動(dòng)手編制計算機程序，模擬計算專(zhuān)門(mén)的問(wèn)題。近幾年，大量的流體力學(xué)商業(yè)軟件（CFD）也可以應用到玻璃熔制工藝問(wèn)題上。比較有名的CFD軟件有PHOENICS,FLOW3D,FLUENT,ANSYS等等。

　　同濟大學(xué)材料學(xué)院的玻璃熔窯模擬實(shí)驗室不但使用實(shí)測和物理模擬方法來(lái)診斷玻璃熔窯中的問(wèn)題，而且還長(cháng)期使用自己編制的CFD軟件及商業(yè)CFD軟件來(lái)輔助研究熔窯中玻璃液的運動(dòng)規律。該實(shí)驗室采用商業(yè)軟件建立的三維玻璃熔窯的數值模型可以很好描述玻璃液流運動(dòng)規律，還可以用動(dòng)畫(huà)的形式把火焰，粒子流動(dòng)軌跡，溫度分布展現出來(lái)。同濟大學(xué)在與江蘇華爾潤集團的合作中，通過(guò)數值模擬、物理模擬等手段的相互配合研究，在日產(chǎn)600噸浮法熔窯的池底減淺，日產(chǎn)900/1000噸浮法玻璃熔窯玻璃液流工況分析等技術(shù)問(wèn)題上取得了豐富的試驗數據，依據這些數據的研究報告為熔窯改造與設計方案討論提供了多角度的分析基礎。

　　5  結論
  　玻璃熔窯及其玻璃液熔制工藝是非常復雜的化學(xué)工藝之一，也是獨特的高溫化學(xué)反應工程。大型玻璃熔窯造價(jià)昂貴、運行費用很高、能耗很高、運行環(huán)境苛刻，這些特征限制了玻璃熔窯性能的技術(shù)革新進(jìn)程，因為在大型熔窯上的些微失誤帶來(lái)的損失是巨大的。正因為如此，盡管工程技術(shù)人員每天維持著(zhù)玻璃熔窯的正常運行，很少有人能夠完全解釋熔窯中發(fā)生的玻璃熔制工藝問(wèn)題。在解決熔制工藝問(wèn)題中也往往是病急亂投醫，或是冒險拍腦袋做嘗試，很多時(shí)候這種做法付出的代價(jià)是巨大的，當然這些冒險嘗試也是推動(dòng)熔窯技術(shù)進(jìn)步的一種途徑。

　　本文通過(guò)推介熔窯內玻璃液熔制工況的偵測方法及診斷應用實(shí)例，說(shuō)明了解決熔窯玻璃液熔制工藝問(wèn)題正確途徑。只有采用了正確的診斷工具，得到了準確的信息，才能在診斷數據的基礎上結合玻璃熔制工藝理論確診熔制障礙的關(guān)鍵所在。實(shí)踐證明，這種解決問(wèn)題的途徑極大化解了技術(shù)風(fēng)險，快速找到了關(guān)鍵問(wèn)題，規避了熔制障礙造成的重大經(jīng)濟損失。