拉幅定形机保温板热性能Creo Simulste仿真分析

司朝兵

（江苏鹰游纺机有限公司，江苏连云港 222062）

拉幅定形机广泛应用于梭织物、针织物等多种纺织品的后整理工序中，通过控制温度来改善织物的手感、颜色、幅宽、外观等［1］。烘箱内的温度控制在160～200 ℃，利用箱体保温板将烘箱内温度与外界隔绝。由于定形机生产成本高，在试制之前需对其温度性能进行有效评估，利用Creo Simulste 软件的热仿真功能，实现对箱体保温性能的模拟。

1 定形机箱体结构建模

拉幅定形机的箱体结构通常在10 节左右，为便于分析，以两节箱体作为分析对象，按照实际尺寸及结构进行建模，箱体框架周围使用矩形保温板隔离。两节箱体主视图如图1所示。

图1 两节箱体主视图

图1 中A 区域箱体与烘箱内高温气体直接接触，此保温板为矩形结构，尺寸为1 400 mm×1 160 mm，厚度为150 mm。本实验以A 部分保温板为对象，对其热性能进行仿真研究。其主体外壳为普通钢板，内部为填充石棉。为便于分析，对其结构进行简化，除掉多余部分，外部结构如图2 所示，内部结构如图3 所示。从左至右依次为外金属壳、石棉板和内金属壳。内外金属壳之间采用铆钉连接，仿真过程忽略表面油漆影响。石棉板厚度为150 mm，导热系数为0.35 W/（m·K），具有很好的隔热性能［2］。

图2 保温板外部结构图

图3 保温板内部结构图

2 热力系统建模与仿真分析

2.1 材料参数

对保温板进行三维建模，进入Creo 软件，选择应用程序Simulate 程序、热模式［3］。在热模式下为保温棉设定材料参数，导热系数设定为0.35 W/（m·K），密度为120 kg/m3，如图4所示。

图4 材料参数设定

外金属壳和内金属壳材料为普通钢板，导热系数为43.00 W/（m·K），比热为440 J/（kg·K），密度为7 900 kg/m3，表1为各部分参数。

表1 各部分参数

2.2 热负荷仿真

为确保仿真热负荷实际使用需求，设定的热负荷值比正常工作数值稍大，以确保满足实际生产要求［4］。规定烘箱最大工作温度为250 ℃，在模型中划定有效区域C 为对流区，如图5 所示。对流换热系数为100 W/（m2∙K）。

图5 烘箱的有效区域

如图6 所示，壳体体表温度设定为230 ℃，设定热辐射条件，空间变化均匀，辐射率为1，周围环境温度定义为40 ℃。

图6 热负荷参数设置

定义相关参数完成，模型自动生成热负荷网格，网格密度表示所受热负荷大小，保温板中间区域温度较高，网点较为密集，如图7所示。

图7 保温板的热负荷

2.3 仿真数据分析

模型生成网格，运行分析和研究命令，查看设计研究或有限元分析结果，得到保温板的温场分布范围图，如图8 所示。设置温场分布范围，最低温度设置为37 ℃，最高温度设置为250 ℃。使用查询命令查询保温板温度点，得到最高温度与最低温度分布点。由图8 可以看到，烘箱表面温度小于分析结果40 ℃，符合实际运行要求［5］。

图8 保温板的温场分布范围

3 结论

使用Creo Simulste 仿真软件对定形机烘箱保温性能进行分析，研究保温板的隔热性能，将热负荷、指定温度和对流数应用于热传导模型。仿真结果有效地反应了保温板内外温度分布情况。此种方法可应用于大型设备的热性能分析，通过直接设计几何应用真实数据获得实际性能以改善产品质量，同时无缝集成的模拟环境可节省时间、减少错误，甚至省去制造物理原型的费用，降低开发成本。