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懸浮干燥箱結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析與設(shè)計

2015-02-20 13:47丁俊健邱術(shù)芹
裝備制造技術(shù) 2015年7期
關(guān)鍵詞:干燥箱熱風箱體

丁俊健,邱術(shù)芹

(1.中山火炬職業(yè)技術(shù)學院,廣東中山528436;2.中山職業(yè)技術(shù)學院,廣東中山528400)

氣懸浮烘干技術(shù)在我國涂布干燥裝備中的應(yīng)用還處于不發(fā)達階段,因此有必要對該技術(shù)進行深入研究,以推動我國涂布干燥技術(shù)的發(fā)展[1]。

用于涂布機上的懸浮烘干系統(tǒng)主要包括供風系統(tǒng)、排風系統(tǒng)、烘箱體、風嘴、保溫箱體等部分組成[2]。烘干系統(tǒng)中烘箱體連接著供風系統(tǒng)和噴嘴,直接影響到工作熱風的壓力、速度、溫度等值,是烘干系統(tǒng)重要組成部分[3]。本文主要針對烘箱體進行數(shù)值模擬分析,得出烘箱體結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。

圖1烘箱體及噴嘴工作圖

供風系統(tǒng)將加熱好的熱風輸入干燥箱體,熱風在干燥箱體內(nèi)部導流結(jié)構(gòu)的引導作用下,被導入噴嘴,上下噴嘴之間的距離約為15 mm左右,涂布材料在上下噴嘴氣流的作用,呈現(xiàn)出波浪形狀。上下噴嘴熱風可以實現(xiàn)對涂布材料雙面干燥,同時可以防止涂布材料發(fā)生彎曲或皺褶。

1 干燥箱數(shù)值模擬分析

Fluent是目前國際上比較流行的商用CFD軟件包,在美國的市場占有率為60%,凡是和流體、熱傳遞和化學反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進的數(shù)值方法和強大的前后處理功能,在航空航天、汽車設(shè)計、石油天然氣和渦輪機設(shè)計等方面都有著廣泛的應(yīng)用。本文用Flunet軟件對干燥箱進行數(shù)值分析。

干燥箱的整體尺寸為1.2m×0.6m×0.4m,干燥箱入口尺寸為0.4m×0.2m,干燥箱裝有7個熱風出口,每個熱風出口尺寸0.5m×0.08m,熱風在干燥箱入口風速為20m/s,壓強為200 Pa。按照整體尺寸要求設(shè)計了三種不同結(jié)構(gòu)形式的干燥箱,并對干燥箱流速進行數(shù)值分析比較,得出最佳的干燥箱結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1.1 建模

根據(jù)干燥箱的尺寸用Solidworks軟件繪制干燥箱熱風氣體流道的三維模型,如圖2所示,并將其保存為IGS格式文件。如圖2所示分別建立了長方體型干燥箱模型圖(a)、單層導流板型干燥箱模型圖(b)、雙層導流板型干燥箱模型圖(c)。

圖2三種不同結(jié)構(gòu)形式的干燥箱模型圖

1.2 Fluent數(shù)值分析[4]

打開Ansys軟件,建立如圖3所示的Fluent數(shù)值分析工程文件界面。按照界面給出的順對干燥箱依次進行數(shù)值模擬分析。

圖3 Fluent軟件中工程文件設(shè)置界面

1.3 數(shù)值模擬結(jié)果

經(jīng)過Fluent軟件迭代運算,最終三種結(jié)構(gòu)的干燥箱都收斂,用Fluent軟件中的CFD-post后處理器可以得到各種干燥箱熱風速度軌跡如圖4所示。

圖4三種結(jié)構(gòu)類型干燥箱速度軌跡圖

1.4 數(shù)值模擬分析

對圖4進行分析可以得出:

(1)長方體干燥箱的最大風速約為21.8 m/s,最小風速為0 m/s,熱風的平均風速約為10.9 m/s.熱風直接沖到入口對側(cè),碰到壁面后沿著壁面往干燥箱兩邊流動,在干燥箱中形成了兩個漩渦,熱風多為切向流出干燥箱出口。

(2)單層導流板干燥箱最大風速約為34 m/s,最小風速為0m/s,熱風的平均風速約為17 m/s.導向板的作用下,熱風沿出口的法向噴出,且熱風多集中于干燥箱后部,熱風多以法向方式流經(jīng)干燥箱出口。

(3)雙層導流板干燥箱最大風速約為37.8 m/s,最小風速為0 m/s,熱風的平均風速約為18.9 m/s.熱風沿出口的法向噴出,由于有兩層導流板,噴出的熱風在干燥箱前后部均有輸出。

2 結(jié)束語

通過比較,雙層導流板干燥箱熱風能夠最大的充滿干燥箱腔體,熱風速度在腔體中較其他兩種方式更均勻,不產(chǎn)生紊流,平均風速較大,熱風速度多以法向流出干燥箱出口,能更好的作用于涂布基材,干燥效果更好。因此確定干燥箱采用雙層導流板型結(jié)構(gòu)。

[1]谷志平.強熱風干燥設(shè)備在涂布機上的應(yīng)用[J].天津造紙,2013,(3):13-15.

[2]厲 勝.懸浮式烘箱的數(shù)值模擬分析[D].西安:陜西理工大學,2012.

[3]金仁虎.淺談涂布烘箱設(shè)計[J].杭州化工,2007,37(3):37-39.

[4]宋學官.ANSYS流固耦合分析與工程實例[M].北京:中國水利水電出版社,2012.

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