The modelling of radiation heat transfer in forehearths units in glass melting

Abstract

The interaction between conduction, convection and radiation heat transfer in molten glass has been studied with specific reference to the forehearth units of a glass tank furnace. In shallow molten glass flows as typically encountered in forehearth units, the radiation-conductivity approach for modelling the radiative transfer process is found inappropriate. This is especially so for colourless glasses which are not optically thick below 2.8 microns. In the present work radiative heat transfer process in molten glass has been treated more rigourously by incorporating both optically thick and thin limits. The radiative interaction at the boundaries is treated more realistically. In the case of colourless glasses, the results obtained by the present method show the necessacity to account for the direct radiative interaction between the interior layers of the glass and refractory walls at the top and the bottom. The forehearth exit temperature profiles obtained by using the present method are quite different with those obtained using the radiation conductivity approach.

Zusammenfassung

Die Wechselwirkung zwischen den Wärmetransportmoden Leitung, Konvektion und Strahlung in geschmolzenem Glas wurde für den speziellen Anwendungsfall des Vorherdes eines Glasschmelzofens untersucht. Es zeigte sich, daß bei flachen Glasschmelzflüssen, wie sie für Vorherde typisch sind, das zur Modellierung des Strahlungsaustauschprozesses häufig verwendete Strahlungs-Leitfähigkeitsmodell ungeeignet ist. Dies gilt insbesondere für farblose Gläser, welche unterhalb 2,8 μm nicht als optisch dick angesehen werden können. In der vorliegenden Arbeit wurde der Strahlungsaustausch in Glasschmelzen unter Berücksichtigung der Grenzfälle optisch „dick” und „dünn” auf strengere Weise behandelt. Auch der Strahlungsaustausch an den Grenzflächen fand realistischere Berücksichtigung. Im Falle farbloser Gläser zeigen die mit der geschilderten Methode erhaltenen Ergebnisse, daß der unmittelbare Strahlungsaustausch zwischen Schichten im Inneren der Glasschmelze und den Decken- und Bodenwänden des Ofens bzw. des Tiegels betrachtet werden muß. Die Profile der Vorherdaustrittstemperatur, berechnet nach der genaueren Methode, unterscheiden sich ganz wesentlich von jenen mit dem groben Modell ermittelten.