懸浮干燥箱結構的數值分析與設計

丁俊健，邱術芹

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

氣懸浮烘干技術在我國涂布干燥裝備中的應用還處于不發達階段，因此有必要對該技術進行深入研究，以推動我國涂布干燥技術的發展[1]。

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

圖1烘箱體及噴嘴工作圖

供風系統將加熱好的熱風輸入干燥箱體，熱風在干燥箱體內部導流結構的引導作用下，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，呈現出波浪形狀。上下噴嘴熱風可以實現對涂布材料雙面干燥，同時可以防止涂布材料發生彎曲或皺褶。

1 干燥箱數值模擬分析

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、熱傳遞和化學反應等有關的工業均可使用。它具有豐富的物理模型、先進的數值方法和強大的前后處理功能，在航空航天、汽車設計、石油天然氣和渦輪機設計等方面都有著廣泛的應用。本文用Flunet軟件對干燥箱進行數值分析。

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計了三種不同結構形式的干燥箱，并對干燥箱流速進行數值分析比較，得出最佳的干燥箱結構設計。

1.1 建模

根據干燥箱的尺寸用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2三種不同結構形式的干燥箱模型圖

1.2 Fluent數值分析[4]

打開Ansys軟件，建立如圖3所示的Fluent數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值模擬分析。

圖3 Fluent軟件中工程文件設置界面

1.3 數值模擬結果

經過Fluent軟件迭代運算，最終三種結構的干燥箱都收斂，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4三種結構類型干燥箱速度軌跡圖

1.4 數值模擬分析

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，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構。

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

[2]厲 勝.懸浮式烘箱的數值模擬分析[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.