汽車內飾材料霧化恒溫油浴溫度場仿真研究

孫營春　王　軍　韓　陽　張云棟　柳　揚

（蘇州科技學院機械工程學院，江蘇蘇州 215009）

汽車內飾材料霧化恒溫油浴溫度場仿真研究

孫營春王軍韓陽張云棟柳揚

（蘇州科技學院機械工程學院，江蘇蘇州 215009）

針對汽車內飾材料霧化檢測對油浴溫度場的控制要求，提出了一種四壁加熱和中心攪拌勻熱的恒溫油浴控制系統構成方案。基于CFD方法對恒溫油浴的加熱過程進行了數值模擬，分析了在設定攪拌速度為5/rad s時，油浴溫度場隨時間的變化過程以及勻熱攪拌器周圍的流場分布，結果表明油浴能夠快速達到設定的加熱溫度并且整個溫度場均勻穩定，驗證了設計方案的合理性。

霧化檢測 油浴 溫度場 仿真

1　引言

汽車內飾塑料件釋放的揮發性有機化合物（VOC）能致癌，是人類健康的五大危害之一［1］；另外VOC會在擋風玻璃上形成冷凝現象，當照明不佳時冷凝物可能會對擋風窗的通視程度造成影響。通過對汽車內裝飾材料進行霧化試驗，實現對這些材料中可揮發性物質的控制來有效地降低車內環境污染，已經成為汽車及汽車內飾材料生產企業控制產品質量的一個重要手段。恒溫油浴是霧化測定實驗中對測試樣件進行加熱起霧的關鍵設備，恒溫油浴溫度場的均勻性和穩定性決定了霧化測定的精確度［2，3］。本文提出了一種新型的恒溫油浴控制系統，并對油浴加熱過程進行了數值仿真。

2　油浴溫控系統構成方案

恒溫油浴溫度控制系統主要由箱體、加熱控制系統、攪拌勻熱系統三個部分組成。如圖1所示，油浴加熱電阻均勻的布置在箱體的四壁，油浴中設置了若干溫度檢測點，油浴加熱系統根據檢測反饋得到的溫度信息實時調節加熱功率的大小。攪拌勻熱系統也根據檢測反饋的溫度均勻度實時調整勻熱攪拌速度。

3　油浴溫度場仿真

3.1流體力學控制方程

針對低速流動傳熱問題，其控制方程可采用不可壓縮流動的Navier-Stokes方程［4］:

其中ρ，T， u， p，ε， λ分別為流體的密度、溫度、速度、壓強、內能和導熱系數。

3.2仿真設置

設置油浴計算區域為0.3× 0.6m。將流體區域分割為兩部分，以攪拌器為中心的圓形區域為運動區域，其余為靜止區域。采用三角形非均勻網格對計算區域進行網格劃分，并對勻熱攪拌器周圍的網格進行加密處理。設置壁面加熱溫度為373.15，攪拌器轉動速度為5/rad s，方向為逆時針方向。油浴的物理參數取值如表1所示:

表1　油浴物理參數

4　仿真結果分析

圖2給出了油浴加熱過程，油浴溫度場隨時間變化（1-8h）的云圖。由圖可知，油浴從常溫加熱到100攝氏度大概需要8h左右，四壁同時加熱方式能有效提高油浴的整體受熱性。勻熱攪拌器的設置能明顯加快流體中熱量的擴散和傳導作用，并使油浴溫度場很快達到均勻狀態。對油浴溫度場長度方向中心線上的點［-0.2 -0.15 -0.1 0.1 0.15 0.2］m進行溫度值提取，如圖3所示為提取點溫度隨時間的變化曲線。由圖可知，在油浴加熱過程中，中心線上的溫度值保持平衡遞增，表明了油浴加熱過程的穩定性和均勻性。

圖4給出了勻熱攪拌器周圍的速度矢量場，由圖可知流體在攪拌器周圍會形成一個旋轉的流場，旋轉流場的流速在攪拌葉的端部旋轉軌跡上最大，并且向外部和內部呈遞減趨勢。為了加快流體熱量的擴散，應適當增加攪拌葉的長度，同時要保證攪拌葉根部周圍流體能夠進行熱量擴散。

5　結語

本文提出了一種油浴加熱控制系統，基于CFD方法對油浴加熱過程中的溫度場進行了模擬仿真，結果表明油浴能快速的建立恒定的溫度場，油浴溫度場的穩定性和均勻性都很高。研究結果對恒溫油浴系統的設計具有指導意義。

［1］張傳楨，張紀鵬，趙紅，史晉.汽車內飾污染對人體健康的危害研究［J］.青島大學學報（工程技術版），2014（1）.

［2］汪龍余，王國兵.汽車內飾材料氣霧冷凝值的測定方法及測試設備研究［J］.安徽科技，2013（1）.

［3］王釗桐.淺談汽車內飾材料揮發成霧性測試［J］.環境技術，2008（5）.

［4］Batchelor， G. K. An Introduction to Fluid Dynamics［J］. Cambridge： Cambridge University Press 2000.