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为解决陶瓷工业辊道窑能耗高、温度分布不均问题，研究人员开展氧富集脉冲燃烧（OEPC）对辊道窑节能和温度均匀性影响的研究。结果显示 OEPC 可显著节能，优化参数能改善温度均匀性。该研究助力陶瓷业可持续发展。
在当今时代，能源问题已成为全球关注的焦点，各行各业都在努力探索节能降耗的新途径。陶瓷工业作为能源消耗大户，其核心生产设备辊道窑的能耗问题尤为突出。传统的辊道窑在燃烧过程中，不仅能源利用率低，大量的热能随着烟气和冷却气体排放而被浪费，而且窑内温度分布不均匀，这不仅影响了陶瓷产品的质量，还导致了生产成本的增加。例如，温度不均可能使陶瓷产品出现变形、开裂和颜色差异等问题，降低了产品的合格率。因此，如何在保证产品质量的前提下，实现辊道窑的节能降耗，成为了陶瓷工业亟待解决的难题。
在这样的背景下，为了推动陶瓷工业的可持续发展，研究人员开展了一项极具意义的研究。虽然文中未提及具体研究机构，但他们针对辊道窑的能源利用和温度控制问题，进行了深入探索。最终研究表明，氧富集脉冲燃烧（OEPC）技术在辊道窑中具有显著的节能效果，并且通过合理调整参数，能够有效改善窑内的温度均匀性。这一研究成果对于陶瓷工业降低生产成本、提高产品质量具有重要的意义，相关论文发表在《Fuel Processing Technology》上。
研究人员在开展这项研究时，主要运用了以下几种关键技术方法：
一是搭建实验平台，该平台集成了气体供应系统、燃烧和热交换系统、数控燃烧系统以及成像系统等，用于模拟辊道窑的实际运行环境，获取实验数据。
二是进行数值模拟，利用 SolidWorks 软件建立 1:1 的辊道窑仿真模型，借助 ANSYS ICEM 进行网格划分，并采用标准k-ε湍流模型、离散坐标（DO）辐射模型等进行模拟计算，分析辊道窑内的流场和温度场分布。
三是实验验证，通过在窑内设置多个温度测量点，对比实验测量数据和数值模拟结果，验证模型的准确性。
下面来详细了解一下研究结果：
- 氧富集脉冲燃烧节能研究：研究人员通过实验发现，随着氧浓度的增加，燃料燃烧更加迅速和剧烈，火焰温度升高，亮度增强。在升温阶段，氧浓度为 30% 时，与传统空气助燃相比，达到 1000℃所需时间大幅缩短，能耗降低约 52%；在恒温阶段，氧浓度为 30% 时，能耗降低约 36%。这表明氧富集脉冲燃烧能够显著提高燃烧效率，减少能源消耗。
- 氧富集脉冲均匀加热实验研究：氧富集燃烧虽然能提高燃烧温度，但会导致窑内气流扰动能力下降，温度分布不均。研究人员利用 JFCC 温度块监测温度分布，发现随着氧浓度升高，窑内平均温度升高，但温度测量块之间的平均温差也增大。不过，通过调节脉冲燃烧的振荡幅度和周期，在低幅度（A = 30）和长周期（T = 135）条件下，温度均匀性提高了 55%，有效解决了氧富集燃烧带来的温度分布不平衡问题。
- 氧富集脉冲燃烧流场数值模拟：通过数值模拟不同氧浓度下脉冲燃烧的周期和幅度对辊道窑流场的影响，研究发现，增加氧浓度会使燃烧空气流速降低，不利于窑内气流的有效回流。而延长脉冲周期，能使回流涡从中心逐渐扩散，增强涡环强度，促进气流混合，提高窑内的搅拌能力和传热效果；增大脉冲幅度，会使相邻回流涡尺寸差异增大，涡环强度不均匀，导致局部温度梯度增大，影响窑内整体温度均匀性，较小的幅度参数则有利于促进流体混合，优化温度分布。
- 氧富集脉冲燃烧温度场数值模拟：研究人员以燃烧喷嘴中心横截面为研究对象，模拟不同氧浓度下脉冲燃烧对温度场的影响。结果显示，氧浓度增加会使燃烧反应更剧烈，燃烧区域温度显著升高，但也会导致温度梯度增大，不利于炉温均匀性。而脉冲燃烧可以通过调节周期和幅度来改善温度分布。延长周期能增强高温气体的扩散，降低温度分层；低幅度脉冲有利于热量从局部高温区域快速分散到整个炉内空间，减少温度分层，优化温度场分布。
综上所述，本研究通过实验和数值模拟相结合的方法，深入探讨了氧富集脉冲燃烧对辊道窑节能和温度均匀性的影响。研究结论表明，氧富集脉冲燃烧能够显著提高辊道窑的热效率，在加热和恒温阶段都展现出良好的节能效果。同时，通过合理调整脉冲燃烧的参数，如增大周期、减小幅度，可以有效改善窑内的温度均匀性，解决氧富集燃烧导致的温度分布不均问题。这一研究成果对于陶瓷工业的可持续发展具有重要意义，它为陶瓷企业提供了一种高效节能的燃烧技术，有助于企业在保证产品质量的前提下，降低生产成本，提高市场竞争力，推动整个陶瓷行业向绿色、高效的方向发展。
