悬浮干燥箱结构的数值分析与设计

丁俊健，邱术芹

（1.中山火炬职业技术学院，广东中山528436；2.中山职业技术学院，广东中山528400）

气悬浮烘干技术在我国涂布干燥装备中的应用还处于不发达阶段，因此有必要对该技术进行深入研究，以推动我国涂布干燥技术的发展[1]。

用于涂布机上的悬浮烘干系统主要包括供风系统、排风系统、烘箱体、风嘴、保温箱体等部分组成[2]。烘干系统中烘箱体连接着供风系统和喷嘴，直接影响到工作热风的压力、速度、温度等值，是烘干系统重要组成部分[3]。本文主要针对烘箱体进行数值模拟分析，得出烘箱体结构（如图1所示）。

图1烘箱体及喷嘴工作图

供风系统将加热好的热风输入干燥箱体，热风在干燥箱体内部导流结构的引导作用下，被导入喷嘴，上下喷嘴之间的距离约为15 mm左右，涂布材料在上下喷嘴气流的作用，呈现出波浪形状。上下喷嘴热风可以实现对涂布材料双面干燥，同时可以防止涂布材料发生弯曲或皱褶。

1 干燥箱数值模拟分析

Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占有率为60%，凡是和流体、热传递和化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气和涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。本文用Flunet软件对干燥箱进行数值分析。

干燥箱的整体尺寸为1.2m×0.6m×0.4m，干燥箱入口尺寸为0.4m×0.2m，干燥箱装有7个热风出口，每个热风出口尺寸0.5m×0.08m，热风在干燥箱入口风速为20m/s，压强为200 Pa。按照整体尺寸要求设计了三种不同结构形式的干燥箱，并对干燥箱流速进行数值分析比较，得出最佳的干燥箱结构设计。

1.1 建模

根据干燥箱的尺寸用Solidworks软件绘制干燥箱热风气体流道的三维模型，如图2所示，并将其保存为IGS格式文件。如图2所示分别建立了长方体型干燥箱模型图（a）、单层导流板型干燥箱模型图（b）、双层导流板型干燥箱模型图（c）。

图2三种不同结构形式的干燥箱模型图

1.2 Fluent数值分析[4]

打开Ansys软件，建立如图3所示的Fluent数值分析工程文件界面。按照界面给出的顺对干燥箱依次进行数值模拟分析。

图3 Fluent软件中工程文件设置界面

1.3 数值模拟结果

经过Fluent软件迭代运算，最终三种结构的干燥箱都收敛，用Fluent软件中的CFD-post后处理器可以得到各种干燥箱热风速度轨迹如图4所示。

图4三种结构类型干燥箱速度轨迹图

1.4 数值模拟分析

对图4进行分析可以得出：

（1）长方体干燥箱的最大风速约为21.8 m/s，最小风速为0 m/s，热风的平均风速约为10.9 m/s.热风直接冲到入口对侧，碰到壁面后沿着壁面往干燥箱两边流动，在干燥箱中形成了两个漩涡，热风多为切向流出干燥箱出口。

（2）单层导流板干燥箱最大风速约为34 m/s，最小风速为0m/s，热风的平均风速约为17 m/s.导向板的作用下，热风沿出口的法向喷出，且热风多集中于干燥箱后部，热风多以法向方式流经干燥箱出口。

（3）双层导流板干燥箱最大风速约为37.8 m/s，最小风速为0 m/s，热风的平均风速约为18.9 m/s.热风沿出口的法向喷出，由于有两层导流板，喷出的热风在干燥箱前后部均有输出。

2 结束语

通过比较，双层导流板干燥箱热风能够最大的充满干燥箱腔体，热风速度在腔体中较其他两种方式更均匀，不产生紊流，平均风速较大，热风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。因此确定干燥箱采用双层导流板型结构。

[1]谷志平.强热风干燥设备在涂布机上的应用[J].天津造纸，2013，（3）:13-15.

[2]厉 胜.悬浮式烘箱的数值模拟分析[D].西安:陕西理工大学，2012.

[3]金仁虎.浅谈涂布烘箱设计[J].杭州化工，2007，37（3）:37-39.

[4]宋学官.ANSYS流固耦合分析与工程实例[M].北京：中国水利水电出版社，2012.