2  热工实测
　　在实测方法中，比较成熟的是玻璃熔窑的全窑热工测定和热平衡计算。该项测量任务有如医院进行的身体全面体检。在温度测量项目中，可以测量熔窑表面各处的温度，借以判定散热强度大小，测量数据不但可以提供窑炉节能依据，也可以间接判断熔窑内部玻璃液流动形态工况。全面的热工标定可由中国国 际玻璃工程有限公司下属的测试中心来完成。下面是间接判断熔窑内部玻璃液流动形态工况的表面温度测试诊断实例之一。同济大学材料学院杨志强等人为昆明玻璃股份有限公司的日产450吨浮法玻璃熔窑夹杂物熔制工艺问题所作的诊断研究中，采用了池底外表面温度分布的测量方法，通过外表面温度分布可以间接推测池底玻璃液的温度分布，进而判断内部玻璃液两个对流环流的底部平衡点位置，为熔制工艺问题诊断提供了有力的一手数据支持；实践证明这是一个很好的方法。

　　熔窑玻璃液停产卸空后，求证玻璃液流的流动形态还可以通过观察在玻璃熔窑底部以及池壁耐火材料上的玻璃液冲刷痕迹，判断该熔窑在运行过程中玻璃液流形态的大致情况，为分析和制订熔窑进一步改进方向提供依据。同济大学材料学院在浮法玻璃熔窑工艺诊断中使用了这种方法，用以证明数值模拟和物理模拟与实际熔窑工况的一致性，强化了对熔窑内玻璃液流动规律的认知。

　　 实际熔窑玻璃液流中玻璃液质点的流动轨迹可以通过同位素追踪方法来确定。首先在配合料中投入同位素质点，在熔窑周围布置检测装置来定位同位素质点的运动过程，跟踪同位素质点运动轨迹。这种方法技术要求高，实现困难，实际工程中很少采用。另外一种方法是造影法，在投料中脉冲法加入造影剂，在玻璃窑池壁一侧设有伽玛射线发射装置，另一侧设有同步接受装置，两侧同步扫描玻璃熔窑的玻璃液，由于造影元素的吸收伽玛射线能力很强，因此可以获得熔窑二维电子图像，通过影像分析得到玻璃液中的换料动态浓度分布信息。

　　 如果使用红外摄像机来拍摄熔窑大碹的外表面温度分布，也可以通过红外图像分析得到大碹温度分布特征，进而判断内部工艺状况是否合理。该技术是实用可行的测试技术之一，红外图像还可以用来支持验证数值模拟获得的大碹外表面温度分布计算结果。

　　实际操作中，可以通过不同部位观察孔用光学高温计测量熔窑内部指定点温度，间接获得大型浮法玻璃熔窑中玻璃熔制工况的信息。使用这种方法有时可以获得较好的效果。

　　3  物理模拟
    由于实际测量的困难以及获得信息的有限性，大多数情况下，实际测量数据还不足以用来诊断玻璃熔窑熔制工况，不足以用来确诊问题所在并为熔窑改造提供依据。除了对正在运行的熔窑进行诊断分析，有时还要对新窑型以及熔窑技术改造新方案进行论证，物理模拟和数值模拟方法将是另外两个十分有效的方法。

　　物理模拟方法是再现玻璃熔窑中玻璃液流动工况的有效方法之一。在流体力学领域大量使用模型实验来研究工程问题。例如研究飞机飞行中的浮力和阻力等动力学数据，不可能在天空上直接测量，只能采用相对运动原理，通过模型试验测试飞行中空气动力学数据并进行改进工作；研究水利工程中大坝和水与泥沙的相互作用，模型试验也是非常有力的工具。熔窑中玻璃液流运动规律也可以通过模拟试验的方法来进行研究。

　　物理模拟以流体力学的相似定律为指导，建立对应熔窑玻璃液的模拟液运动模型，在相似的边界条件作用下，可以观察、测量和拍摄模拟的流动形态和温度分布，通过改变方案，研究模拟的玻璃液变化规律，帮助诊断窑型变化以及其它工艺参数变化引起的玻璃液流动形态变化，确定相应流动形态对玻璃液熔制工艺的影响。

　　除了对大型熔窑内玻璃液流场和温度场进行物理模拟之外，对全电熔窑进行电场分布的物理模拟也是十分有效的，依据物理模拟可以获得电极布置、供电方式、供电参数，玻璃液对流状态以及温度分布等等多种信息，用于指导全电熔窑的设计和解决熔制障碍的依据。这种比例模型预演了全电熔玻璃窑地运行工况，在直观、感性和电器参数的可靠性上，比全电熔数值模拟更加优越。

　　同济大学材料学院的大型玻璃熔窑模拟实验室是在原国家建材局科技司的支持下建立起来的，十几年来为玻璃行业将近三十个厂家提供了物理模拟试验的服务，为揭示熔窑中玻璃液流运动规律提供了丰富的试验研究基础。

　　2006年同济大学材料学院的玻璃熔窑模拟实验室为昆明玻璃集团提供了玻璃熔窑夹杂物产生原因的诊断性研究服务，该问题困扰厂家一年半的时间，通过模拟试验研究诊断出了问题的关键所在，在诊断的基础上，厂家制订了合理解决方案，使熔制工艺障碍迅速好转。在长期的为玻璃行业提供技术服务基础上，同济大学材料学院的玻璃熔窑模拟实验室形成了自己特色的解释玻璃熔制工艺过程的工程理论假设，这些基于试验和实践的理论假设为大型熔窑中玻璃液熔制工艺问题提供了很好的分析基础。经过实践检验，依据部分理论假设的熔制工艺特性预报与实际工况有很好的符合度。

    4  数值模拟
    无论是实际测量和还是物理模拟都有其局限性，实际测量无法观测玻璃液内流动工况，物理模拟可以观测到模拟的玻璃液流动工况，但试验条件受环境影响很大，测试环节要求很高，数据再现性和准确度都与试验环境相关，况且部分工艺要素还无法实现物理模拟。
    数值模拟方法依据流体动力学方程以及传热传质方程。这些数学物理方程全部是微分方程。选定描述熔窑中玻璃液物理化学变化过程的数学物理方程，求出其在给定边界条件下对于具体问题的特解，就是数值模拟的过程。求解这样复杂的数学物理方程必需采用离散的方法，建立离散化的数值方程，利用计算机编程完成求解的过程。

　　与实测方法和物理模拟方法不同，数值模拟过程是计算过程，不是自然物质的运动过程。如果数学模型建立正确，计算正确，则计算结果能够反映自然物质的运动过程。反之，可能数值模拟结果与实际情况相差甚远，不符合自然界的流体运动规律。正确的做法是利用实测分析，物理模拟结果对数值模拟分析结果进行对比分析，如果来自三个方面的分析保持一致，则说明数值模拟的分析结果是比较可靠的。

　　可靠的数值模拟方法可以完成很多有效率的工作，对于同一方案，数值模拟结果重复性很强，不像实测数据和物理模拟数据那样受实测工况的影响。因而，数值模拟方案对比分析更能保证改变给定工艺参数与所引起的流动形态和温度分布改变之间的对应关系，对于建立量化对比分析十分有用。很多不能建立物理模型的问题，建立数值模型可能是十分方便的。

　　采用数值模拟方法分析玻璃熔窑的熔制工艺问题已有很多文献报道。十年前，流行的方法是各大专院校研究生自己动手编制计算机程序，模拟计算专门的问题。近几年，大量的流体力学商业软件（CFD）也可以应用到玻璃熔制工艺问题上。比较有名的CFD软件有PHOENICS,FLOW3D,FLUENT,ANSYS等等。

　　同济大学材料学院的玻璃熔窑模拟实验室不但使用实测和物理模拟方法来诊断玻璃熔窑中的问题，而且还长期使用自己编制的CFD软件及商业CFD软件来辅助研究熔窑中玻璃液的运动规律。该实验室采用商业软件建立的三维玻璃熔窑的数值模型可以很好描述玻璃液流运动规律，还可以用动画的形式把火焰，粒子流动轨迹，温度分布展现出来。同济大学在与江苏华尔润集团的合作中，通过数值模拟、物理模拟等手段的相互配合研究，在日产600吨浮法熔窑的池底减浅，日产900/1000吨浮法玻璃熔窑玻璃液流工况分析等技术问题上取得了丰富的试验数据，依据这些数据的研究报告为熔窑改造与设计方案讨论提供了多角度的分析基础。

　　5  结论
  　玻璃熔窑及其玻璃液熔制工艺是非常复杂的化学工艺之一，也是独特的高温化学反应工程。大型玻璃熔窑造价昂贵、运行费用很高、能耗很高、运行环境苛刻，这些特征限制了玻璃熔窑性能的技术革新进程，因为在大型熔窑上的些微失误带来的损失是巨大的。正因为如此，尽管工程技术人员每天维持着玻璃熔窑的正常运行，很少有人能够完全解释熔窑中发生的玻璃熔制工艺问题。在解决熔制工艺问题中也往往是病急乱投医，或是冒险拍脑袋做尝试，很多时候这种做法付出的代价是巨大的，当然这些冒险尝试也是推动熔窑技术进步的一种途径。

　　本文通过推介熔窑内玻璃液熔制工况的侦测方法及诊断应用实例，说明了解决熔窑玻璃液熔制工艺问题正确途径。只有采用了正确的诊断工具，得到了准确的信息，才能在诊断数据的基础上结合玻璃熔制工艺理论确诊熔制障碍的关键所在。实践证明，这种解决问题的途径极大化解了技术风险，快速找到了关键问题，规避了熔制障碍造成的重大经济损失。