本文在前人研究的基础上，从浮法玻璃熔窑作业特点出发，建立一个比较接近实际作业的浮法玻璃熔窑三维耦合数学模型，可为熔窑研究提供有效的分析手段，提高目前我国玻璃熔窑设计水平。
1三维数学模型数学模型包括火焰空间模型、配合料熔化模型及玻璃液传热与流动模型。
火焰空间模型包括气相流动模型、燃烧反应模型和辐射传热模型。
气相流动模型的控制方程由连续性方程、动量守恒方程、湍流模型方程和能量守恒方程组成。
连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程用通用方程t（）+ d iv（u + J）= S描述。
燃烧化学反应模型采用Eddy d issipation模型。天然气的射流扩散燃烧过程中，整体反应速率由湍流混合控制，湍流缓慢地通过对流/混合燃料和氧化剂进入反应区，在反应区它们快速地燃烧。在这种情况下，燃烧称为混合限制，复杂化学反应动力学速率可以安全地忽略掉。
辐射传热模型采用概率模拟方法计算。
对于配合料熔化模型，在大型浮法池窑中，配合料多数以连续薄层的形式加入窑中，在加料机的推动下，沿池窑纵向向前推进，在火焰和窑体辐射作用下慢慢熔化。从物料到玻璃液的转化是一个包含流体流动、热传递、物质传输、生成气体的化学反应和相变的复杂过程。
对于玻璃液的流动，假设玻璃液是均质的牛顿粘性流体。流场与温度场不随时间而变化（即稳态），忽略气泡和化学反应对流动和温度分布的影响。玻璃液火焰空间中气体及墙壁的辐射传热及烟气的对流换热，同时以对流形式传递热量给物料。
三个模型通过其中一个模型迭代计算出其他两个模型所需边界数据。首先由火焰空间模型计算出玻璃液面及配合料表面的热通量，写入一中间文件，并等待触发玻璃液表面热通量边界条件进行下一次迭代。玻璃液流动模型检测到玻璃液面热通量边界文件更新，调用玻璃液表面温度边界文件，启动配合料熔化模型。计算出配合料的位置、配合料堆上下表面的温度、配合料堆与玻璃交界面各点的质量流量，并更新相关的边界文件。
玻璃液流动模型迭代完毕，计算出玻璃液面的温度及配合料表面的热通量，触发玻璃液表面边界条件导入火焰空间模型进行计算。反复迭代，直到结果达到预定条件。
2研究对象本文针对日产400 t的浮法玻璃横焰熔窑，进行了数值计算和图像模拟。窑炉出料量为400 t/ d；车间环境温度为30.
熔窑配置了6对小炉，位置见图4所示，其中1、2号小炉宽1. 54 m，3、4、5号小炉宽1. 34 m，6号小炉宽1. 08 m，6对小炉高均为0. 4 m.小炉内置一喷枪，喷枪直径为108 mm.燃料成分由97. 18%的甲烷（CH 4）和1. 79%的乙炔（C 2 H 6）及其他微量物质组成，总耗热量为5. 15 GJ/d.物料的主要参数如下：配合料堆积密度b = 1 500 kg/m 3、配合料热容C b = 1 256 J/（kg K）、玻璃液密度0 = 2 300 kg/m 3、玻璃液热容C p = 1 256 J/（kg K）、生成硅酸盐耗热325 kJ/kg.各对小炉的燃料、助燃空气具体配。
模拟结果分析图5为火焰空间距玻璃液面0. 1 m截面处速度矢量图。火焰从一端的小炉口喷出，燃烧变成烟气后，再由另一端的小炉口排出，这是火焰空间中气体的主流方向，在主流的两边各有一个环流，这对加强火焰与配合料、玻璃液的传热是有利的；在火焰空间上部，主流已不存在，以两个环流为主。
从小炉中心线截面流场分布图可见，气体主流方向为从一端向另一端流动，在靠近窑顶处形成环流，有利于火焰的伸展。
从图中可以看出，大约距池窑投料口16 m左右，有一条比较明显的泡界线，这条泡界线上液流的速度很小，约等于零。热点位置约为距池窑投料口17 m左右处。
在窑池两侧，由于温度降低，玻璃液粘度增大，速度下降。在投料口配合料熔化前区、热点位置前和后存在三个环流，投料口配合料熔化前区和热点位置前两个环流的上层玻璃液流速增大，对流增强，而池底玻璃液和热点位置到出料口环流中的玻璃液的流速变化不大。
2号→5号小炉的火焰较为明显，位于小炉口底端的下方，覆盖在玻璃液表层的上面。4号小炉处温度最高。
2号、4号小炉中心线位置温度较高，这有利于配合料的熔化和泡界线的形成；6号小炉能量分配的较少，其温度也较低。5号小炉位置高温区域的形成有利于玻璃液澄清、均化。在窑长30 m附近火焰温度约为1 280 1 420，能满足玻璃液进卡脖温度1 380左右的工艺要求。
0. 1 m温度场示意图图9为距加料口15. 2 m（4号小炉）截面处温度场示意图。从小炉中心线截面温度场分布可见：4号小炉火焰温度较高，形成热点。在火焰区域的上方没有燃烧释热，对流传热也较弱，随着高度的增加，烟气温度将慢慢降低，但在逐渐靠近窑顶的时候，烟气温度又慢慢升高，这是由于在窑顶附近的区域热辐射较强的缘故。
玻璃液流在4号与5号小炉间（距入料口17 m左右）液面温度最高，为热点所在，由于玻璃液的流动，5、6号小炉温度也比较高。由于池底和池壁的散热，温度往两侧及池底逐渐降低。距池底相同高度熔窑中心线处玻璃液比两侧玻璃液温度高，往池底方向温度梯度逐渐变小，越是接近玻璃液表面，温度下降得越快，这是由于玻璃成分中含有微量着色杂质（如铁等），大大降低了玻璃液的透热性。
图9距加料口15. 2 m（4号小炉）截面处温度场示意图图10玻璃液面温度场示意图4结论研究结果表明，所建立的三维数学模型耦合的结果能够比较全面准确地反映浮法玻璃熔窑火焰空间、玻璃液流速度场及温度场的分布规律和配合料堆的形状，采用图像模拟能更为直观地表示数值计算的结果。二者结合对于改善熔窑设计参数、优化熔窑的运行、提高运行效率具有一定的实用意义和指导意义。