汽车内饰材料雾化恒温油浴温度场仿真研究

孙营春　王　军　韩　阳　张云栋　柳　扬

（苏州科技学院机械工程学院，江苏苏州 215009）

汽车内饰材料雾化恒温油浴温度场仿真研究

孙营春王军韩阳张云栋柳扬

（苏州科技学院机械工程学院，江苏苏州 215009）

针对汽车内饰材料雾化检测对油浴温度场的控制要求，提出了一种四壁加热和中心搅拌匀热的恒温油浴控制系统构成方案。基于CFD方法对恒温油浴的加热过程进行了数值模拟，分析了在设定搅拌速度为5/rad s时，油浴温度场随时间的变化过程以及匀热搅拌器周围的流场分布，结果表明油浴能够快速达到设定的加热温度并且整个温度场均匀稳定，验证了设计方案的合理性。

雾化检测 油浴 温度场 仿真

1　引言

汽车内饰塑料件释放的挥发性有机化合物（VOC）能致癌，是人类健康的五大危害之一［1］；另外VOC会在挡风玻璃上形成冷凝现象，当照明不佳时冷凝物可能会对挡风窗的通视程度造成影响。通过对汽车内装饰材料进行雾化试验，实现对这些材料中可挥发性物质的控制来有效地降低车内环境污染，已经成为汽车及汽车内饰材料生产企业控制产品质量的一个重要手段。恒温油浴是雾化测定实验中对测试样件进行加热起雾的关键设备，恒温油浴温度场的均匀性和稳定性决定了雾化测定的精确度［2，3］。本文提出了一种新型的恒温油浴控制系统，并对油浴加热过程进行了数值仿真。

2　油浴温控系统构成方案

恒温油浴温度控制系统主要由箱体、加热控制系统、搅拌匀热系统三个部分组成。如图1所示，油浴加热电阻均匀的布置在箱体的四壁，油浴中设置了若干温度检测点，油浴加热系统根据检测反馈得到的温度信息实时调节加热功率的大小。搅拌匀热系统也根据检测反馈的温度均匀度实时调整匀热搅拌速度。

3　油浴温度场仿真

3.1流体力学控制方程

针对低速流动传热问题，其控制方程可采用不可压缩流动的Navier-Stokes方程［4］:

其中ρ，T， u， p，ε， λ分别为流体的密度、温度、速度、压强、内能和导热系数。

3.2仿真设置

设置油浴计算区域为0.3× 0.6m。将流体区域分割为两部分，以搅拌器为中心的圆形区域为运动区域，其余为静止区域。采用三角形非均匀网格对计算区域进行网格划分，并对匀热搅拌器周围的网格进行加密处理。设置壁面加热温度为373.15，搅拌器转动速度为5/rad s，方向为逆时针方向。油浴的物理参数取值如表1所示:

表1　油浴物理参数

4　仿真结果分析

图2给出了油浴加热过程，油浴温度场随时间变化（1-8h）的云图。由图可知，油浴从常温加热到100摄氏度大概需要8h左右，四壁同时加热方式能有效提高油浴的整体受热性。匀热搅拌器的设置能明显加快流体中热量的扩散和传导作用，并使油浴温度场很快达到均匀状态。对油浴温度场长度方向中心线上的点［-0.2 -0.15 -0.1 0.1 0.15 0.2］m进行温度值提取，如图3所示为提取点温度随时间的变化曲线。由图可知，在油浴加热过程中，中心线上的温度值保持平衡递增，表明了油浴加热过程的稳定性和均匀性。

图4给出了匀热搅拌器周围的速度矢量场，由图可知流体在搅拌器周围会形成一个旋转的流场，旋转流场的流速在搅拌叶的端部旋转轨迹上最大，并且向外部和内部呈递减趋势。为了加快流体热量的扩散，应适当增加搅拌叶的长度，同时要保证搅拌叶根部周围流体能够进行热量扩散。

5　结语

本文提出了一种油浴加热控制系统，基于CFD方法对油浴加热过程中的温度场进行了模拟仿真，结果表明油浴能快速的建立恒定的温度场，油浴温度场的稳定性和均匀性都很高。研究结果对恒温油浴系统的设计具有指导意义。

［1］张传桢，张纪鹏，赵红，史晋.汽车内饰污染对人体健康的危害研究［J］.青岛大学学报（工程技术版），2014（1）.

［2］汪龙余，王国兵.汽车内饰材料气雾冷凝值的测定方法及测试设备研究［J］.安徽科技，2013（1）.

［3］王钊桐.浅谈汽车内饰材料挥发成雾性测试［J］.环境技术，2008（5）.

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