皮革真空干燥機流道溫度場分析

張亞楠++孟禮++張華

摘 要：對皮革真空干燥機而言，合理的加熱流道是保證皮革獲得良好加熱效果的重要因素。現用icem對兩種不同方案的流道及外部臺板進行六面體結構化網格劃分，用fluent軟件對其進行分析，并對分析的流道溫度場結果進行比較。結果表明，兩種方案均有不足之處，在對第二種流道進行改進后，重新進行分析，獲得了與實際相符的最佳分析結果。

關鍵詞：干燥臺板加熱效果 溫度場流道 fluent icem

中圖分類號：TS531 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（c）-0009-02

皮革真空干燥機是一種將皮革置于一密封工作腔內，用真空泵不斷地抽真空，并用臺板流道內的熱水進行加熱，進而達到干燥皮革目的的皮革機械。加熱流道的合理與否直接影響到真空腔內皮革的加熱效果。現針對公司提供的兩種方案的圖紙，進行了三維造型、六面體結構化網格劃分，對傳熱過程進行了適當簡化后，對原方案與改進后的方案的溫度場進行分析。

1 幾何建模

現有兩種不同的流道，分別如圖1、圖2所示。其中第二種流道是成雙布置于干燥臺板內部的。

2 網格劃分

在所建模型導入icem，創建整體block，先切分出外部臺板的edge，由于入口處有傾斜段，所以在完成外部切分后采用節點關聯的方式先進行關聯。接下來切分臺板內部以分離出固液表面，對于進出口水管處，要依據內圓柱壁的深度進行O型剖分，從而完成固液區域的分離。對curve進行關聯，先完成對內側流道的關聯。關聯好全部curve后，再對圓弧段處和進出口內孔處進行O型剖分，調整節點，最終完成網格劃分[1]。

3 邊界條件

Fluent中邊界條件設置：查閱泵的選型手冊可知，泵的流量為400m3/h，進水管為直徑54mm的圓截面，又因為一臺機器有6個工作臺板，就意味著6個進口，則為400/3600/6/3.1415926/0.027/0.027=8.09m/s，而由于第二種流道成雙布置于干燥臺板內部，故進口速度只有第一種流道進口速度的一半，為4.04m/s。出口管流出的水并不通向大氣，而是流回水箱，由于對出口的情況不了解，這里出口條件設置為outflow。內部的水與臺板接觸面為耦合面，默認為coupled。除臺板上表面接真空腔，不考慮與空氣的對流換熱外，其余臺板外表面均考慮與空氣的對流換熱[2]。

3 計算結果

第一種流道的數值計算結果如圖3所示：（單位：K）

分析：流道一內的溫度從50℃降到47.822℃，最大降低了2.178℃。用Function Calculator算得流道平均溫度為49.107℃，平均降低了0.893℃。溫度較低的部位影響了傳熱效率，而且不均勻的溫度場對皮革的烘干質量產生了不良影響。

第二種流道的數值計算結果如圖4所示：（單位：K）

流道二內的溫度從入水口的50℃降低到47.959℃，最大降低了2.041℃，流道的平均溫度為49.435℃，平均降低了0.622℃。可以發現，在出水口區域的上方存在小片的低溫區域，大大增加了流道的溫差，嚴重影響整體的溫度分布。此外，在流道直角彎的近壁端，尤其是直角處溫度較低。

兩種方案的比較：雖然無論從最大溫度差還是平均溫度的角度來看，第二種方案更優，但從溫度云圖來看，第二種方案出水口區域上方的溫度分布很差，此外，直角彎處的溫度分布也不如圓弧段平滑。

4 改進優化

對第二種流道進行改進，將直角彎改為圓弧段，并改變出水口的位置，流道溫度場的數值結果如圖5所示。

改進后的流道溫度從50℃降到48.832℃，降低了1.168℃。流道平均溫度為49.523℃，降低了0.477℃，不僅較之前的流道二，最低溫度和平均溫度有了較大幅度的提升，且代表各個溫度區域的色塊分布地很均勻，沒有出現之前流道二出口區域上方的低溫區域，到現場用溫度計測量，出口與入口流道水溫僅相差1.2℃，表明分析結果與實際相符，改進成功。

5 結論

（1）從兩種流道溫度場的對比來看，第二種流道的出入水口之間溫差要小，且平均溫度更高，但出水口區域的上方溫度分布情況很差，直角彎處的溫度分布亦不理想。（2）采用優化后的流道進行分析，發現平均溫度降低了0.477℃，出口與入口間溫度僅相差1.2℃，與實際溫度測量值相符。

參考文獻

[1] 紀兵兵，陳金瓶.ANSYS ICEM CFD網格劃分技術實例詳解[M].中國水利水電出版社， 2012.

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