拉幅定形機保溫板熱性能Creo Simulste仿真分析

司朝兵

（江蘇鷹游紡機有限公司，江蘇連云港 222062）

拉幅定形機廣泛應用于梭織物、針織物等多種紡織品的后整理工序中，通過控制溫度來改善織物的手感、顏色、幅寬、外觀等［1］。烘箱內的溫度控制在160～200 ℃，利用箱體保溫板將烘箱內溫度與外界隔絕。由于定形機生產成本高，在試制之前需對其溫度性能進行有效評估，利用Creo Simulste 軟件的熱仿真功能，實現對箱體保溫性能的模擬。

1 定形機箱體結構建模

拉幅定形機的箱體結構通常在10 節左右，為便于分析，以兩節箱體作為分析對象，按照實際尺寸及結構進行建模，箱體框架周圍使用矩形保溫板隔離。兩節箱體主視圖如圖1所示。

圖1 兩節箱體主視圖

圖1 中A 區域箱體與烘箱內高溫氣體直接接觸，此保溫板為矩形結構，尺寸為1 400 mm×1 160 mm，厚度為150 mm。本實驗以A 部分保溫板為對象，對其熱性能進行仿真研究。其主體外殼為普通鋼板，內部為填充石棉。為便于分析，對其結構進行簡化，除掉多余部分，外部結構如圖2 所示，內部結構如圖3 所示。從左至右依次為外金屬殼、石棉板和內金屬殼。內外金屬殼之間采用鉚釘連接，仿真過程忽略表面油漆影響。石棉板厚度為150 mm，導熱系數為0.35 W/（m·K），具有很好的隔熱性能［2］。

圖2 保溫板外部結構圖

圖3 保溫板內部結構圖

2 熱力系統建模與仿真分析

2.1 材料參數

對保溫板進行三維建模，進入Creo 軟件，選擇應用程序Simulate 程序、熱模式［3］。在熱模式下為保溫棉設定材料參數，導熱系數設定為0.35 W/（m·K），密度為120 kg/m3，如圖4所示。

圖4 材料參數設定

外金屬殼和內金屬殼材料為普通鋼板，導熱系數為43.00 W/（m·K），比熱為440 J/（kg·K），密度為7 900 kg/m3，表1為各部分參數。

表1 各部分參數

2.2 熱負荷仿真

為確保仿真熱負荷實際使用需求，設定的熱負荷值比正常工作數值稍大，以確保滿足實際生產要求［4］。規定烘箱最大工作溫度為250 ℃，在模型中劃定有效區域C 為對流區，如圖5 所示。對流換熱系數為100 W/（m2?K）。

圖5 烘箱的有效區域

如圖6 所示，殼體體表溫度設定為230 ℃，設定熱輻射條件，空間變化均勻，輻射率為1，周圍環境溫度定義為40 ℃。

圖6 熱負荷參數設置

定義相關參數完成，模型自動生成熱負荷網格，網格密度表示所受熱負荷大小，保溫板中間區域溫度較高，網點較為密集，如圖7所示。

圖7 保溫板的熱負荷

2.3 仿真數據分析

模型生成網格，運行分析和研究命令，查看設計研究或有限元分析結果，得到保溫板的溫場分布范圍圖，如圖8 所示。設置溫場分布范圍，最低溫度設置為37 ℃，最高溫度設置為250 ℃。使用查詢命令查詢保溫板溫度點，得到最高溫度與最低溫度分布點。由圖8 可以看到，烘箱表面溫度小于分析結果40 ℃，符合實際運行要求［5］。

圖8 保溫板的溫場分布范圍

3 結論

使用Creo Simulste 仿真軟件對定形機烘箱保溫性能進行分析，研究保溫板的隔熱性能，將熱負荷、指定溫度和對流數應用于熱傳導模型。仿真結果有效地反應了保溫板內外溫度分布情況。此種方法可應用于大型設備的熱性能分析，通過直接設計幾何應用真實數據獲得實際性能以改善產品質量，同時無縫集成的模擬環境可節省時間、減少錯誤，甚至省去制造物理原型的費用，降低開發成本。