皮革真空干燥機(jī)流道溫度場(chǎng)分析

張亞楠++孟禮++張華

摘 要：對(duì)皮革真空干燥機(jī)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(xiàn)用icem對(duì)兩種不同方案的流道及外部臺(tái)板進(jìn)行六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，用fluent軟件對(duì)其進(jìn)行分析，并對(duì)分析的流道溫度場(chǎng)結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明，兩種方案均有不足之處，在對(duì)第二種流道進(jìn)行改進(jìn)后，重新進(jìn)行分析，獲得了與實(shí)際相符的最佳分析結(jié)果。

關(guān)鍵詞：干燥臺(tái)板加熱效果 溫度場(chǎng)流道 fluent icem

中圖分類號(hào)：TS531 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（c）-0009-02

皮革真空干燥機(jī)是一種將皮革置于一密封工作腔內(nèi)，用真空泵不斷地抽真空，并用臺(tái)板流道內(nèi)的熱水進(jìn)行加熱，進(jìn)而達(dá)到干燥皮革目的的皮革機(jī)械。加熱流道的合理與否直接影響到真空腔內(nèi)皮革的加熱效果。現(xiàn)針對(duì)公司提供的兩種方案的圖紙，進(jìn)行了三維造型、六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，對(duì)傳熱過(guò)程進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化后，對(duì)原方案與改進(jìn)后的方案的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析。

1 幾何建模

現(xiàn)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(tái)板內(nèi)部的。

2 網(wǎng)格劃分

在所建模型導(dǎo)入icem，創(chuàng)建整體block，先切分出外部臺(tái)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(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的方式先進(jìn)行關(guān)聯(lián)。接下來(lái)切分臺(tái)板內(nèi)部以分離出固液表面，對(duì)于進(jìn)出口水管處，要依據(jù)內(nèi)圓柱壁的深度進(jìn)行O型剖分，從而完成固液區(qū)域的分離。對(duì)curve進(jìn)行關(guān)聯(lián)，先完成對(duì)內(nèi)側(cè)流道的關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)好全部curve后，再對(duì)圓弧段處和進(jìn)出口內(nèi)孔處進(jìn)行O型剖分，調(diào)整節(jié)點(diǎn)，最終完成網(wǎng)格劃分[1]。

3 邊界條件

Fluent中邊界條件設(shè)置：查閱泵的選型手冊(cè)可知，泵的流量為400m3/h，進(jìn)水管為直徑54mm的圓截面，又因?yàn)橐慌_(tái)機(jī)器有6個(gè)工作臺(tái)板，就意味著6個(gè)進(jìn)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(tái)板內(nèi)部，故進(jìn)口速度只有第一種流道進(jìn)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(duì)出口的情況不了解，這里出口條件設(shè)置為outflow。內(nèi)部的水與臺(tái)板接觸面為耦合面，默認(rèn)為coupled。除臺(tái)板上表面接真空腔，不考慮與空氣的對(duì)流換熱外，其余臺(tái)板外表面均考慮與空氣的對(duì)流換熱[2]。

3 計(jì)算結(jié)果

第一種流道的數(shù)值計(jì)算結(jié)果如圖3所示：（單位：K）

分析：流道一內(nèi)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(chǎng)對(duì)皮革的烘干質(zhì)量產(chǎn)生了不良影響。

第二種流道的數(shù)值計(jì)算結(jié)果如圖4所示：（單位：K）

流道二內(nèi)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(fā)現(xiàn)，在出水口區(qū)域的上方存在小片的低溫區(qū)域，大大增加了流道的溫差，嚴(yán)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(wú)論從最大溫度差還是平均溫度的角度來(lái)看，第二種方案更優(yōu)，但從溫度云圖來(lái)看，第二種方案出水口區(qū)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(jìn)優(yōu)化

對(duì)第二種流道進(jìn)行改進(jìn)，將直角彎改為圓弧段，并改變出水口的位置，流道溫度場(chǎng)的數(shù)值結(jié)果如圖5所示。

改進(jìn)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(gè)溫度區(qū)域的色塊分布地很均勻，沒(méi)有出現(xiàn)之前流道二出口區(qū)域上方的低溫區(qū)域，到現(xiàn)場(chǎng)用溫度計(jì)測(cè)量，出口與入口流道水溫僅相差1.2℃，表明分析結(jié)果與實(shí)際相符，改進(jìn)成功。

5 結(jié)論

（1）從兩種流道溫度場(chǎng)的對(duì)比來(lái)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(qū)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(yōu)化后的流道進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)平均溫度降低了0.477℃，出口與入口間溫度僅相差1.2℃，與實(shí)際溫度測(cè)量值相符。

參考文獻(xiàn)

[1] 紀(jì)兵兵，陳金瓶.ANSYS ICEM CFD網(wǎng)格劃分技術(shù)實(shí)例詳解[M].中國(guó)水利水電出版社， 2012.

[2] 宋學(xué)官，蔡林.ANSYS流固耦合分析與工程實(shí)例[M].中國(guó)水利水電出版社， 2012.endprint