基于温度和速度均匀性的侧送风烘房设计及仿真

陈忠加，雷雯雯，王青春

基于温度和速度均匀性的侧送风烘房设计及仿真

陈忠加，雷雯雯，王青春※

（北京林业大学工学院，北京 100083）

为提高农业机械零部件烘房温度均匀性，该研究设计并优化送风参数，分析其对速度场、温度场的影响。首先，通过理论分析和计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）相结合的方法，对所设计的农机零部件烘房速度场、温度场进行数值模拟，得到烘房内速度、温度分布规律。进一步分析各送风参数对速度均匀性、温度均匀性的影响。结果表明：单侧送风回风方式优于双侧送风回风；送风口数量为8时，温度、速度均匀性较好；送风角度15°时，速度、温度均匀性较好。试验数值和模拟数值误差较小，温度误差小于1.68%，风速误差小于1.1 m/s，仿真结果可靠有效。所设计的农机零部件烘房工作稳定可靠，温度不均匀系数低于6%，满足设计要求。该研究可为农机零部件烘房结构设计及参数选取提供理论依据。

农业机械；烘房设计；速度不均匀系数；温度不均匀系数；流场设计

0 引 言

农业机械的可靠性是农业生产的重要前提[1]。由于农业机械户外作业条件恶劣，零部件易被腐蚀、磨损。对零部件进行涂装有利于提高机器使用寿命[2]。烘干是涂装的关键环节之一，涂层干燥不当，会影响漆膜附着效果[3-4]。此外，一些零部件需要时效处理，以提高和改善材料的性能[5]。目前烘房主要采用热风循环烘干技术，利用热空气为介质，通过对流方式将热量传递给工件[6]。因此烘房内气流分布的均匀性、温度均匀性是决定涂层质量的关键因素[7]。

目前烘房的研究主要集中于结构设计、工艺参数优化等方面[8-10]。对烘房结构优化的研究主要集中于风道参数优化，提高送风均匀性。零部件烘房内气体流动为湍流流动，送风口气流为非自由气体紊动射流。叶永伟[11]的研究表明，半圆形变截面风道能有效改善送风口的风速均匀性。李刚等[12]的研究结果表明，圆形射流比矩形射流，射程更远，与工件的热交换更为充分。林涛等[13]通过优化出风喷嘴位置，加强局部区域的换热系数，提高了烘房整体温度均匀性。刘庆刚等[14]的研究表明空气分布器导流板夹角为60°时，粉末静电喷涂固化炉的气流分布均匀。康文锦[15]研究结果表明增加的蒸汽加热器对风场均匀性的影响较小。

对烘房工艺参数的研究主要集中于送风方式、送风温度、送风速度、送风角度等方面对温度均匀性和能耗的影响。刘晓亮等[16]研究结果表明侧送侧回的送风方式优于下送上回，与工件热交换更充分。李国建等[17]研究了风机数量对烘房流场影响，研究表明，在送风量一定的条件下，4风机送风方案优于2风机和6风机。Anthadiloke等[18]研究结果表明空气流速越低，烘干室的热损失就越小。王振文等[19]对送风工艺参数进行了优化，结果表明，排风速度为6 m/s、导流板倾斜角为15°组合下可以使气流分布更均匀。林海等[20]优化了工艺参数，得到最优的参数组合：初始温度为298 K时，送风温度480 K，送风速度5 m/s，湿度6%，烘房能耗最低。目前烘房的研究主要对象为汽车车身和农产品等，车身烘房的结构构造区别于零部件烘房，农产品烘房热源多采用热泵与农机零部件烘房存在区别。目前关于农机零部件烘房的研究较少。

本文以农机零部件烘房为研究对象，设计了侧送风方式烘房，研究了烘房的热损耗、循环风量。以温度不均匀系数和速度不均匀系数为指标，分析了不同送风方式、送风口数量、送风角度对烘房速度场、温度场的影响，拟为今后农机零部件烘房设计提供理论依据。

1 农机零部件烘房结构及原理

1.1 农机零部件烘房整体结构及参数

农机零部件烘房的整机结构如图1所示。烘房主要由加热室、烘干室、提升门、输送装置和控制系统5部分组成。加热室由加热装置和循环风机组成；输送装置由牵引车和置物台架台车组成；提升门由电动机、减速机、链条、提升门、机械限位结构组成；烘干室内铺设输送轨道。烘房主要性能参数见表1。

表1 烘房设计参数

设计的烘房为全自动烘房，控制系统通过输送装置向烘房内自动移入移出零部件。牵引车将置物台架推至指定位置后，牵引车与置物台架分离，提升门落下，烘房内形成封闭空间。电加热器对空气进行加热，循环风机通过高速旋转，提高热风风速并将热风输送至烘干室，干燥热风与试件进行热交换、干燥后，通过回风口回到加热室再次进行加热。在循环风机的负压作用下，烘房内热气流实现从加热室到烘干室再回到加热室的气体循环，同时风机旋转形成的负压还可从烘房外部吸入新鲜空气。

1.2 烘房工作参数设计

1.2.1 烘房稳态热损失量

在学校主导的三螺旋视域下的中高职衔接贯通培养机制中，企业的作用主要表现在以下几个方面：一是向学校提供准确及时的市场需求信息，使学校的人才培养方向与发展侧重点更灵活更具有生命力；二是参与到院校某些特定专业的人才培养方案的制定中，不断优化人才培养方案；三是提供资金、场地、实践岗位、实践导师等，为中高职院校的人才培养提供良好的外部环境。

烘房在干燥烘干的过程中热量损失来自于烘干室外壁的热量损耗；地面的热损耗；加热空气的热损耗；加热工件的热损耗；烘房门框的热损耗；加热工件油漆的热损耗等。烘房在稳态加热下的热量公式为[21-23]：

=(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7) （1）

式中为进入烘干室热流量，kJ/h；Q1为烘房外壁损失热量，kJ/h；Q2为地面损失热量，kJ/h；Q3为工件吸收热量，kJ/h；Q4为加热油漆材料及溶剂的热量，kJ/h；Q5为加热空气热量，kJ/h；Q6为外部循环风管热损失量，kJ/h；Q7为门框散热量，kJ/h；为储备系数。通常取1.1～1.3，由上式可确定最高工作温度为200 ℃的烘房所需热量为262 983 kJ/h。

1.2.2 烘房工作循环风量

式中为风机循环风量，m3/h。

由式（3）和式（4）得到的每小时再循环空气量和每小时补充新鲜空气量可得循环风量为13 231 m3/h 。根据风机型号，实际送风量为14 400 m3/h。

2 烘房流场数值模型

2.1 建模及网格划分

对如图1所示烘房结构进行简化处理，选取烘房室体为主要研究对象，建立三维物理模型。图2为单侧、双侧送风回风烘房模型示意图。侧送风烘房在工程上多采用同侧送风回风方式[24]。单侧送风回风方式，送风口和回风口均在同侧。双侧送风回风方式，送风口和回风口布置于烘房室体两侧，采用间隔相对的送风口布置形式。前期仿真结果表明，双侧送风回风方式，正对的送风口布置形式，送风口射流相互干扰，会导致气体速度迅速降低，造成动量的浪费。网格划分采用非结构化网格，对5套网格进行网格无关性验证（图3），网格数分别为618 636、515 383、420 522、368 220、130 880。网格不断加密后，沿方向烘房中心轴线处等距分布的10个监测点温度数据差值逐渐减小，网格数420 522即可满足要求。

1.送风口 2.回风口 3.观察视窗 4.保温墙体

1. Air inlet 2. Air outlet 3.Observation window 4.Thermal insulation wall

注：坐标轴原点位于烘房最内侧的左下角，定义方向为横向；方向为高度方向；方向为纵向。

Note：The origin of the coordinate axis is located at the bottom left corner of the innermost side of the drying room,direction indicates transverse direction;direction indicates height direction;direction represents the longitudinal direction.

图2 单侧、双侧送风回风烘房模型

Fig.2 Single side and bilateral air supply and return drying room models

2.2 边界条件及求解器设定

送风口设置为速度进口边界条件，回风口设置为压力出口边界。壁面设置为无滑移壁面，保温壁面固定温度182.9 ℃，观察视窗壁面温度140.2 ℃。数值模拟算法选用标准湍流模型进行模拟。求解器采用稳态、基于压力求解，选择Simple算法，离散过程中动量和湍流动能选用二阶迎风格式[25-26]。

2.3 烘房流场评价指标

3 烘房流场分布设计及仿真

为探明烘房速度、温度场分布规律，对流场进行优化设计，选取送风回风方式、送风口数量、送风角度3个因素对烘房流场进行分析。综合考虑工程上的可行性和前人研究[24]，送风回风方式选用单侧送风回风和双侧送风回风方式进行分析。根据烘房尺寸参数，送风口数量取6、8、10进行分析。根据前人研究[19,24,29-30]，选取送风角度−15°、0°、15°、30°进行分析。送风角度定义为：以坐标原点为中心，轴顺时针方向旋转为正角度，逆时针方向旋转为负角度。

3.1 单侧、双侧送风回风对烘房流场的影响

图4为送风温度200 ℃、送风速度14 m/s、送风口数量8、送风角度0°时，在=2.5 m截面处，单侧、双侧送风回风方式的速度、温度场分布云图。截面=2.5 m处于烘房中部区域，送风口和回风口同时存在，可更好的观测到单侧、双侧送风回风烘房的速度和温度场分布。由图4a左图可知，在单侧送风回风的方式下，烘房内流体呈“C”字型分布，空气从送风口吹出，受对侧墙壁阻碍沿壁面向下流动，并保持一个较高的速度流向回风口。射流有足够的射程，将气流输送至对侧，并在射流的诱导作用下卷吸空气，在烘房中部出现回旋涡流，烘房下部处于回流区[31]。涡流内部的流体速度较低，在0～1 m/s 左右。回旋涡流的存在意味着烘房内气体循环较好，有利于烘干效果的提升。由图4a右图可知，在双侧送风回风方式下，气流分布没有明显的特征，这是因为双侧送风消除了墙壁对气流的阻碍导流作用，流体速度分布均匀。但流体速度在扩散过程中，迅速衰减至2 m/s以下，不利于回风。

由图4b左图可知，在单侧送风方式下，温度场的分布和速度场的分布高度吻合，回旋涡流合理分布，让烘房气体循环良好，温度分布较为均匀。由图4b右图可知，在双侧送风方式下，温度在轴负方向，呈现逐渐递减趋势。

图5表示在单侧、双侧送风回风时方向上不同截面的速度、温度及其不均匀系数。在方向上等距选取0.2～1.4 m的5个截面作为监测面，包含了烘房主要工作区及回风口中部的截面，便于监测烘房风速和温度分布情况。监测点于方向设置5行，方向设置20列，监测点等距分布，每截面设置100个监测点。平均速度和平均温度及其不均匀系数基于监测点数据计算得出。由图5a可知，单侧送风回风和双侧送风回风平均速度的变化趋势较为一致。0.2 m监测面数据表明，双侧送风回风的平均速度远低于单侧送风回风，较低的流体速度将不利于回风口进行回风。0.5～1.4 m监测面数据表明，双侧送风回风时，截面平均速度随着监测面高度增加而增加；单侧送风时，在0.5～1.1 m的监测面平均速度极为相近，均在1.75 m/s左右。图5b表明，在截面高度为0.5～1.1 m的烘房主要工作区，单侧送风回风方式的速度不均匀系数整体低于双侧送风回风。单侧送风回风方式优于双侧送风回风方式。

由图5c可知，单侧送风方式各截面平均温度较为接近，可实现较好的烘干效果；双侧送风方式各截面的平均温度随着监测面高度的增加而增加，不利于烘干。图5d表明，双侧送风方式各截面的温度不均匀系数整体低于单侧送风。综合平均温度和温度不均匀系数的指标，单侧送风回风优于双侧送风回风。

3.2 送风口数量对烘房流场的影响

为同时观测到送风口数量为6、8、10的烘房送风口和回风口，便于分析流场分布形式，选取截面=2.0 m进行研究。图6为不同送风口数量时，送风温度为200 ℃、送风角度0°的情况下，=2.0 m截面的速度、温度场分布云图。在循环风量为14 400 m3/h情况下，增加送风口数量，将降低送风速度，送风口数量为6、8、10时，送风口速度分别为18.7、14、11 m/s。图6表明，在送风口数量为8个时，送风口射流的射程最长。随着送风口数量增加，速度场的分布更加规律，送风口数量由6个增加到10个时，烘房内流体循环呈现出更明显的“C”字形。其中，在送风口数量为6个时，流体在烘房下部的速度偏低，动力不足，不利于回风口回风。

图6表明，送风口数量为8时，热风射流最长；送风口数量为6时，热风射流最短。烘房内低温区均出现在送风口下方的烘房中心区域，与速度场低速区分布一致。送风口数量为6时，回风温度最低，送风口数量为10时，回风温度最高。

图7为送风温度为200 ℃时，不同送风口数量在高度上的速度、温度及不均匀系数。由图7a可知，在送风口数量分别为6、8、10时，不同高度监测面的平均速度变化趋势一致。送风口数量的增加，回风速度明显提升，在高度为0.2 m的截面，送风口数量10个时，比6个送风口的平均速度高了1.25 m/s。在监测面高度为0.5～1.1 m区域内，烘房内流体平均速度的波动较小，速度较为稳定。高度为1.4 m截面的平均速度较高，6个送风口时，平均速度最高，10个送风口的平均速度最低。由图7b可知，在监测面高度为0.2～1.1 m区间内，送风口分别为6、8、10的速度不均匀系数变化趋势一致，6个送风口的速度不均匀系数最低；监测面高度1.4 m 时，6个送风口的速度不均匀系数最大。

图7c表明，在送风口数量为6、8、10时，各监测面的平均温度和温度不均匀系数变化趋势一致。在0.5～1.1 m的烘房主要工作区内，监测面平均温度的波动较小，8个送风口的工况平均温度最高。图7表明，送风口数量为8时，平均温度和温度均匀性综合表现较好。

3.3 送风角度对烘房流场的影响

图8表示送风温度200 ℃、送风速度14 m/s、送风口数量8时，在=2.0 m截面处，不同送风角度的速度、温度场分布云图。在送风角度为0°、−15°时，烘房内部的大涡流、低速区只有一个；送风角度为15°、30°时，烘房内有两个涡流，分别出现在右上角和左下角，该区域内流体速度较低。在送风角度为0°、15°、−15°时，烘房内流体的循环呈“C”字形；然而送风角度为30°时，射流沿截面对角线方向吹出，流体迅速向墙角发散，形成两个涡流。此外，相较于其他送风角度，30°送风的回风速度较低。

由图8可知，温度场出现的低温区域和速度场内的低速涡流区分布一致。送风角度−15°的温度场分布均匀，但整体温度偏低。

图9表示在不同送风角度下的速度、温度及不均匀系数。由图9a可知，在监测面高度为0.2 m时，送风角度为0°、15°、−15°的烘房气体速度较高，风速均超过3 m/s，有利于回风；送风角度为30°的截面平均速度仅为2.25 m/s。0.5～1.1 m的监测面数据显示，送风角度为0°、15°、30°时，截面平均速度在2.25 m/s左右；送风角度为−15°时，平均速度在3 m/s左右。1.4 m处监测面数据显示，送风角度为0°、15°、−15°时，截面平均速度相近，在4.25 m/s左右；送风角度30°时，该截面平均速度仅为2.75 m/s。由图9b可知，送风角度为0°、15°时，不同高度监测面的速度不均匀系数较低。

由图9c可知，送风角度为−15°时，各监测面的平均温度整体低于其他送风角度的平均温度。在相同的工作温度要求下，送风角度设置为−15°，会提高烘房实际能耗。送风角度为15°、30°时，各监测面的平均温度极为相近，差值不超过0.4°。从图9d可知，各监测面的温度不均匀系数，随着监测面高度的降低呈降低趋势。0.5～1.1 m为烘房的主要工作区域，该范围内截面温度不均匀系数低且变化平稳，有利于烘房更好的工作。送风角度0°和−15°的温度不均匀系数比较符合要求，综合平均温度的指标，送风速度为15°的工况，温度分布均匀且平均温度较高。

通过对单双侧送风回风方式、送风口数量、送风角度3个影响因素进行模拟仿真，得出单侧送风回风方式、送风口数量为8、送风角度15°时，烘房内速度场、温度场分布的均匀性和气体循环效果较好。烘房流场的设计参考仿真结果，采用单侧送风、送风口数量为8、送风角度15°的送风形式。

4 试验验证

4.1 试验设备及方法

为验证设计烘房工作的可靠性及仿真的正确性，在空载情况下对烘房进行了试验，烘房样机如图10所示。温度检测系统主要由热电阻传感器（J型热电偶）、数据采集器（Keysight 34972A）、监控系统（电脑）组成。温度传感器按照国标GB T 30435-2013要求进行布点测温。烘房工作温度范围为室温至200 ℃，为验证烘房在不同温度下的温度均匀性，在进行温度试验时，烘房温度分别设定为80、150、200 ℃。在烘房温度达到设定值30 min后，每隔1 min数据采集器记录各测温点的温度数据，30 min中内测量温度数值30组。风速检测试验在常温条件下进行，检测人员通过手持式风速仪（Victor 816B）测试并记录数据。测量点布置于=0.8 m的截面处，8个测量点等间距分布。在烘房稳定通风30 min后，对各测量点进行速度测量，取5次测量速度的平均值。

4.2 试验结果及分析

为了验证农机零部件烘房流场仿真模拟的正确性，在空载情况下对烘房进行了试验验证。表2为烘房温度场在稳态时的模拟仿真值和试验值，在送风温度分别设定为80、150、200 ℃时，烘房温度试验值和仿真值变化趋势一致，温度差值低于3.1 ℃，误差不超过1.68%，仿真模型准确可靠。根据实验数据计算可得，在送风温度80、150、200 ℃时，烘房整体的温度不均匀系数分别为4.75%、5.58%、4.80%，均低于6%。烘房温度均匀性，满足工作要求。

表2 不同送风温度下的试验与仿真温度数据

图11为烘房速度场在稳态时模拟值和试验值的对比图，模拟风速值和试验值变化趋势一致，最大差值小于1.1 m/s，误差不超过33%。速度产生误差的原因在于：测试人员在烘房内以手持方式检测风速对速度场造成一定的阻流和干扰，因此与模拟存在差异。温度场和速度场的仿真结果相对可靠，具有参考价值。本研究未对速度数据进行不确定度分析，将在后续试验中进行研究。

5 结 论

本文设计了侧送风农机零部件烘房，确定了烘房热损耗量、风量的参数。对烘房温度场、速度场进行了仿真分析，并进行了试验验证。

1）以平均温度、速度、温度不均匀系数为指标，烘房内速度场和温度场仿真结果表明：单侧送风回风方式，烘房内温度、风速均匀性更好，回风速度较高，烘房内气体循环效果好；送风口数量为8时，烘房温度、风速均匀性好，回风温度较高；送风角度15°烘房温度、风速均匀性好，回风速度和温度较高，气体循环效果好。

2）通过试验验证，模拟仿真数值与实际数值误差较小，温度误差低于3.1 ℃，风速误差低于1.1 m/s。仿真结果可靠有效，可作为设计参考。同时试验数据表明，设计的农机零部件烘房温度均匀性好，满足工作要求。

[1] 李红艳，李增权. 干冰前处理方式在农业机械现场涂装维修技术中的应用研究[J]. 电镀与精饰，2020，42(10)：46-50.

Li Hongyan, Li Zengquan. The application research of dry ice pretreatment method in the field coating maintenance technology of agricultural machinery[J]. Electroplating and Finishing, 2020, 42(10):46-50. (in Chinese with English abstract)

[2] 罗腾飞. 农机零件损坏的常见原因与预防措施[J]. 农机使用与维修，2018，264(8)：64.

Luo Tengfei. Common causes of damage to agricultural machinery parts and preventive measures[J]. Use and Maintenance of Agricultural Machinery, 2018, 264(8): 64. (in Chinese with English abstract)

[3] 李阳，俞勇，韩兆进. 电泳烘干炉工艺设计对电泳缩孔影响探究[J]. 汽车实用技术，2018(23)：281-283.

Li Yang, Yu Yong, Han Zhaojin. Research on the influence of electrophoresis drying oven process design on electrophoresis shrinkage[J]. Automobile Practical Technology, 2018(23): 281-283. (in Chinese with English abstract)

[4] 张莹，秦和平，周杰. 爆沸引起的电泳缩孔浅析：如何解决新涂装车间电泳缩孔问题[J]. 上海涂料，2016，54(3)：34-38.

Zhang Ying, Qin Heping, Zhou Jie. Analysis of electrophoresis shrinkage caused by bumping: How to solve the problem of electrophoresis shrinkage in new paint shop[J]. Shanghai Paint, 2016, 54(3): 34-38. (in Chinese with English abstract)

[5] 吴文凯，朱明清，王云龙，等. 热冲压成形技术研究与汽车轻量化应用现状[J]. 黑龙江科学，2019，10(18)：4-7.

Wu Wenkai, Zhu Mingqing, Wang Yunlong, et al. Hot stamping technology research and automotive lightweight application status[J]. Heilongjiang Science, 2019, 10(18): 4-7. (in Chinese with English abstract)

[6] 胡明一，陈超. 热风对流烘干室热量及流动参数的计算[J].工业加热，2008，37(2)：50-52.

Hu Mingyi, Chen Chao. Calculation of heat and flow parameters of hot air convection drying chamber[J]. Industrial Heating, 2008, 37(2): 50-52. (in Chinese with English abstract)

[7] 刘重阳，韩志伟，王剑，等. 浅谈烘干室风速、风向对车身内外板温度均匀性的影响[J]. 汽车实用技术，2020(15)：196-199.

Liu Chongyang, Han Zhiwei, Wang Jian, et al. Talking about the influence of the wind speed and direction of the drying room on the temperature uniformity of the inner and outer panels of the car body[J]. Automobile Practical Technology, 2020(15): 196-199. (in Chinese with English abstract)

[8] 聂仁态. SGMW整车耐腐蚀性与车身防腐工艺研究[D]. 长春：吉林大学，2011.

Nie Rentai. Research on the Corrosion Resistance of SGMW Vehicle and the Anti-Corrosion Technology of the Car Body[D]. Changchun: Jilin University, 2011. (in Chinese with English abstract)

[9] Darabi H, Zomorodian A, Akbari H, et al. Design a cabinet dryer with two geometric configurations using CFD[J]. Journal of Food Science & Technology, 2015, 52(1): 359-366.

[10] 刘天力，王炳楠，黄鹏，等. 烘干室保温结构节能优化研究[J]. 工业炉，2019，41(6)：30-34.

Liu Tianli, Wang Bingnan, Huang Peng, et al. Energy-saving optimization of the insulation structure of the drying room[J]. Industrial Furnace, 2019, 41(6): 30-34. (in Chinese with English abstract)

[11] 叶永伟. 汽车车身电泳涂装节能关键技术研究[D]. 杭州：浙江工业大学，2011.

Ye Yongwei. Research on Key Energy-Saving Technologies of Automobile Body Electrophoretic Coating[D]. Hangzhou: Zhejiang University of Technology, 2011. (in Chinese with English abstract)

[12] 李刚，杜春霞，高晓娟. 烘干固化炉优化节能设计[J]. 现代涂料与涂装，2016，19(2)：58-59，63.

Li Gang, Du Chunxia, Gao Xiaojuan. Optimized energy-saving design of drying and curing furnace[J]. Modern Paint and Painting, 2016, 19(2): 58-59, 63. (in Chinese with English abstract)

[13] 林涛，刘天力，黄鹏，等. 高效节能烘干室的模拟仿真与设计[J]. 工业炉，2016，38(6)：9-12.

Lin Tao, Liu Tianli, Huang Peng, et al. Simulation and design of energy-efficient drying room[J]. Industrial Furnace, 2016, 38(6): 9-12. (in Chinese with English abstract)

[14] 刘庆刚，张朝，于新奇. 粉末静电喷涂固化炉结构设计与数值模拟[J]. 涂料工业，2017，47(2)：28-32.

Liu Qinggang, Zhang Chao, Yu Xinqi. Structural design and numerical simulation of powder electrostatic spray curing furnace[J]. Paint Industry, 2017, 47(2): 28-32. (in Chinese with English abstract)

[15] 康文锦. 车辆零部件用涂装烘干线电增蒸汽加热系统优化研究[D]. 湘潭：湘潭大学，2014.

Kang Wenjin. Optimization of the Electric Steam Heating System of the Coating Drying Line for Vehicle Parts[D]. Xiangtan: Xiangtan University, 2014. (in Chinese with English abstract)

[16] 刘晓亮，孟凡敬. 烘干室截面流场仿真分析[J]. 涂料工业，2014，44(1)：70-74.

Liu Xiaoliang, Meng Fanjing. Simulation analysis of cross-section flow field of drying chamber[J]. Paint Industry, 2014, 44(1): 70-74. (in Chinese with English abstract)

[17] 李国建，崔蕴涵，吴爽，等. 热泵烘干房流场Fluent建模与仿真分析[J]. 福建农林大学学报：自然科学版，2020，49(3)：425-432.

Li Guojian, Cui Yunhan, Wu Shuang, et al. Fluent modeling and simulation analysis of flow field in heat pump drying room[J]. Journal of Fujian Agriculture and Forestry University: Natural Science Edition, 2020, 49(3): 425-432. (in Chinese with English abstract)

[18] Anthadiloke S, Chankerd W, Suwatthikul A, et al. 3D computational fluid dynamics study of a drying process in a canmaking industry. Applied Thermal Engineering[J]. 2016, 109: 87-98.

[19] 王振文，吴敏，徐新民，等. 热泵烘房结构及参数优化仿真设计[J]. 农业机械学报，2020，51(S1)：471-482.

Wang Zhenwen, Wu Min, Xu Xinmin, et al. Heat pump drying room structure and parameter optimization simulation design[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2020, 51(S1): 471-482. (in Chinese with English abstract)

[20] 林海，叶永伟，陈建，等. 基于CFD的汽车车身烘房节能研究[J]. 机械制造，2010，48(10)：71-73.

Lin Hai, Ye Yongwei, Chen Jian, et al. Research on energy saving of car body drying room based on CFD[J]. Machinery Manufacturing, 2010, 48(10): 71-73. (in Chinese with English abstract)

[21] 李敏，陈嵩. 基于Excel软件的烘干室热平衡计算模板[J].工业炉，2014，36(1)：55-57.

Li Min, Chen Song. The heat balance calculation template of the drying room based on Excel software[J]. Industrial Furnace, 2014, 36(1): 55-57. (in Chinese with English abstract)

[22] 徐子平. 通过式热风循环烘房及其换热计算方法[J]. 现代涂料与涂装，2001(3)：20-21.

Xu Ziping. Pass-through hot air circulation drying room and its heat transfer calculation method [J]. Modern Paint and Painting, 2001(3): 20-21. (in Chinese with English abstract)

[23] 陈治良. 现代涂装手册[M]. 北京：化学工业出版社，2010.

[24] 方一鸣. 侧送风气流组织设计计算[J]. 城市建筑，2013(8)：268.

Fang Yiming. Design and calculation of air flow organization of side air supply[J]. Urban Architecture, 2013(8): 268. (in Chinese with English abstract)

[25] 孟凡英. 工程流体力学[M]. 吉林：吉林大学出版社，2012.

[26] 李会知，侯孟言，邢金超. 单侧供热汽车烘干房气流组织数值模拟研究[J]. 山东农业大学学报：自然科学版，2021，52(1)：84-90.

Li Huizhi, Hou Mengyan, Xing Jinchao. Numerical simulation study on airflow organization of one-side heating automobile drying room[J]. Journal of Shandong Agricultural University: Natural Science Edition, 2021, 52(1): 84-90. (in Chinese with English abstract)

[27] 张伟，严平. 热风干燥烘房气流速度场均匀性优化[J]. 轻工机械，2019，37(1)：89-93.

Zhang Wei, Yan Ping. Optimization of air velocity field uniformity in hot air drying room[J]. Light Industry Machinery, 2019, 37(1): 89-93. (in Chinese with English abstract)

[28] 武斌. 汽车涂装生产线烘房控制系统的研究与设计[D]. 镇江：江苏大学，2016.

Wu Bin. Research and Design of Drying Room Control System of Automobile Coating Production Line[D]. Zhenjiang: Jiangsu University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[29] 孙建丽，刘秀玉. 基于FLUENT的空调送风角度对房间舒适性及能耗的影响[J]. 建筑节能，2015，43(4)：21-24.

Sun Jianli, Liu Xiuyu. Influence of air supply angle of air conditioning based on fluent on room comfort and energy consumption[J]. Building Energy Conservation, 2015, 43(4): 21-24. (in Chinese with English abstract)

[30] 张耀吉，石丽华，黄东. 送风角度对冷藏室内流场及温度场的影响[J]. 家电科技，2018(S1)：55-58.

Zhang Yaoji, Shi Lihua, Huang Dong. Influence of air supply angle on flow field and temperature field in refrigeration room[J]. Home Appliance Technology, 2018(S1): 55-58. (in Chinese with English abstract)

[31] 宋健. 顶板辐射供冷与贴附射流的室内热环境研究[D]. 济南：山东建筑大学，2020.

Song Jian. Study on Indoor Thermal Environment of Roof Radiant Cooling and Attached Jet[D]. Jinan: Shandong University of Architecture, 2020. (in Chinese with English abstract)

Design and simulation of side air supply drying room based on temperature and velocity homogeneity

Chen Zhongjia, Lei Wenwen, Wang Qingchun※

(,,100083,)

Coating has widely been a commonly-used way to prevent corrosion failure of machinery parts. Coating of agricultural machinery parts is also conducive to improving the working reliability and service life of machinery. Drying is thus the key link of parts coating. However, improper drying can cause the reduction of film stress, film cracks, shrinkage, and pinholes. In this study, a side air supply drying room was designed suitable for the drying of agricultural machinery parts. The circulation of hot air was used to exchange the heat with the workpiece, further to reduce the moisture content of the coating, and finally to realize the curing of the coating. Computational fluid dynamics software was selected to numerically simulate the velocity and temperature field of the drying room for agricultural machinery parts. The working parameters of the drying room were also optimized to clarify the influence on the velocity and temperature field. As such, the working performance of the drying room was improved to clarify the influence of air supply mode, the number of air supply outlets, and air supply angle on velocity and temperature distribution. The results show that the unilateral air supply performed better than that of the double, indicating better gas circulation in the drying room. The uniformity of speed and temperature was better, particularly with the higher speed of return air and excellent gas circulation, when the number of air inlets was 8 rather than 6 and 10. Furthermore, the uniformity of speed and temperature was better, when the air inlet angle was 15° rather than 0° and 30°, where the return airspeed and temperature were higher. Therefore, an optimal parameter combination of drying room was achieved, where the unilateral side air supply, 8 air supply outlets, and air supply angle of 15°, indicating excellent gas circulation, as well as the better uniformity of speed and temperature. The measured values of each index were in good agreement with the theoretical optimization, where the temperature error was less than 1.68%, and the wind speed error was less than 33%, indicating reliable and effective simulation. At the same time, the overall coefficient of temperature inhomogeneity was less than 6%, where the designed drying room worked stably and reliably for agricultural machinery parts, fully meeting the design requirements. This finding can provide a strong reference for the design of the subsequent drying rooms.

agricultural machinery; drying room design; coefficient of velocity inhomogeneity; coefficient of temperature inhomogeneity; flow field design

陈忠加，雷雯雯，王青春. 基于温度和速度均匀性的侧送风烘房设计及仿真[J]. 农业工程学报，2021，37(19)：18-26.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.19.003 http://www.tcsae.org

Chen Zhongjia, Lei Wenwen, Wang Qingchun. Design and simulation of side air supply drying room based on temperature and velocity homogeneity[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(19): 18-26. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.19.003 http://www.tcsae.org

2021-08-05

2021-09-23

国家自然科学基金项目（51475255）

陈忠加，副教授，硕士生导师，研究方向为农业装备工程与技术。Email：chenzhongjia@bjfu.edu.cn

王青春，副教授，硕士生导师，研究方向为结构力学性能分析与优化设计。Email：wangqingchun@bjfu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.19.003

S216.2

A

1002-6819(2021)-19-0018-09