Wärmeübertragung in Schmelzwannen der Glasfaserproduktion

Die Herstellung von Glas und Glasfasern gehört zu den energieintensiven Industrien. Die Verbesserung dieser Prozesse führt somit direkt zur Reduktion der eingesetzten Energie und des ausgestoßenen CO2. In dieser Arbeit wird ein analytisches Modell zur Beschreibung der Glasfaserherstellung mittels Indirectmelt-Verfahren entwickelt. Das Modell setzt sich aus elektrischen, thermodynamischen und thermischen Teilmodellen zusammen. Das elektrische Modell beschreibt die in den Prozess eingebrachte elektrische Leistung sowie den Gesamtwiderstand des untersuchten Düsenkastens. Darauf aufbauend werden die Wärmeübertragungsmechanismen Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung in einem thermischen Modell betrachtet. Dieses liefert die Verlustwärmeströme, die bei der Herstellung von Glasfasern auftreten. Zusammen mit dem Energiestrom des produzierten Glases aus dem thermodynamischen Modell wird eine Energiebilanz des Herstellungsprozesses aufgestellt. Es zeigt sich, dass nur etwa 38 % der zugeführten Leistung zum Verflüssigen und Temperieren des Glases benötigt werden. Die übrige Energie wird in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. Aufgrund der hohen Prozesstemperaturen spielt die Wärmeübertragung durch Strahlung eine entscheidende Rolle. Das in dieser Arbeit entwickelte Modell bildet den untersuchten Herstellungsprozess mit einer hohen Genauigkeit energetisch ab.